JP4275460B2

JP4275460B2 - Gas compressor

Info

Publication number: JP4275460B2
Application number: JP2003153278A
Authority: JP
Inventors: 毅野中
Original assignee: カルソニックコンプレッサー株式会社
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP2004353581A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカーエアコンシステム等に用いられる気体圧縮機に関し、特に、動力ロスの低減、耐摩耗性の向上、内部リークの低減による機器性能の向上等を図るのに好適な気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の気体圧縮機としては図６に示す構造のものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
同図の気体圧縮機は、内周楕円状のシリンダ４内に回転可能に収容されたロータ８を有し、このロータ８とシリンダ４との間の隙間空間がシリンダ室２３となっている（図７参照）。シリンダ４のフロント側およびリア側端面にはフロントサイドブロック５とリアサイドブロック６がそれぞれ取り付けられており、この両サイドブロック５、６に設けた軸受孔９、１０を介して上記ロータ８のロータ軸７が支持される構造となっている。
【０００４】
また、上記ロータ８の外周面にはベーン溝２１が形成され、このベーン溝２１にはベーン２２が摺動可能に装着されている（図７参照）。ベーン２２はロータ８の外周面からシリンダ４の内周面に向かって出没可能に設けられ、かつ、上記シリンダ室２３を複数の小室に仕切る構造となっている。そして、この仕切られた小室が圧縮室２４としてロータ８の回転により容積の大小変化を繰り返し、その容積変化により圧縮室２４内で冷媒ガスが圧縮される。
【０００５】
上記のような構造からなる気体圧縮機においては、圧縮後の高圧冷媒ガス圧が作用する高圧オイルを軸受９、１０のクリアランスで絞って中圧とし、このような中圧オイルがロータ軸７のリア側端面を含む壁面で形成されたリア背圧空間３７に流出し、このリア背圧空間３７からその中圧オイルがベーン背圧としてベーン２２の底部に供給される構造となっている。また、ロータ軸７のフロント側には電磁クラッチ１４が連結されている。
【０００６】
このため、上記構造の気体圧縮機の運転時において、そのロータ８に作用するスラスト方向（ロータ軸心方向）の荷重を考えると、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧する荷重として、ロータ軸７のリア側端面に作用するリア背圧空間３７のオイル圧があり、また、同ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧する荷重として、電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力がある。
【０００７】
従って、上記構造の従来の気体圧縮機にあっては、前述した２つのロータスラスト荷重のバランスが取れていないと、ロータ８がフロントサイドブロック５またはリアサイドブロック６のいずれか一方に偏って強く押しつけられ、以下の問題が生じる。
【０００８】
（１）両サイドブロック５、６に摺接しているロータ８の摺動抵抗が増加し、大きな動力ロスが発生する。
【０００９】
（２）ロータ８の端面やこれに対向するフロントサイドブロック５の内面またはリアサイドブロック６の内面が摩耗しやすい。
【００１０】
（３）ロータ８とフロントサイドブロック５またはリアサイドブロック６との間の微少な隙間（以下、ロータサイド隙間という。）がその設定値より広がってしまい、このロータサイド隙間を介して高圧側から低圧側へ高圧冷媒ガスがリークする、いわゆる内部リーク量が増え、機器性能の低下が生じる。
【００１１】
地球温暖化問題との関係から、Ｒ４１０ＡやＣＯ_２等の高圧作動冷媒ガスを用いる気体圧縮機の要求が高まっている。このような気体圧縮機においては、そのＲ４１０ＡやＣＯ_２の特性上、圧縮後の高圧冷媒ガスの圧力がより一層高くなり、これに伴いリア背圧空間３７のオイル圧も高まる。このため、電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力とリア背圧空間３７のオイル圧との力の差が従来以上に大きくなり、ロータ８がフロントサイドブロック５側に押しつけられる力が増大することから、上記のような動力ロス、摩耗、内部リークの増加による機器性能の低下といった問題が顕著になる。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２‐１７４１９０号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、動力ロスの低減、耐摩耗性の向上、内部リークの低減による機器性能の向上等を図るのに好適な気体圧縮機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダと、上記シリンダのフロント側端面に取り付けたフロントサイドブロックと、上記シリンダのリア側端面に取り付けたリアサイドブロックと、上記シリンダ内に回転可能に収容されたロータと、上記フロントサイドブロックと上記リアサイドブロックに設けた軸受孔で上記ロータの回転軸を支持するロータ支持構造と、上記ロータの外周面から上記シリンダの内周面に向かって出没可能に設けられるとともに、上記シリンダと上記ロータの間の隙間空間からなるシリンダ室を複数の小室に仕切るベーンと、上記ベーンにより仕切られた複数の小室からなるとともに、上記ロータの回転により容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出を行なう構造の圧縮室と、上記ロータの端面とこれに対向する上記フロントサイドブロックの内面とを互いの磁力で反発させて、運転時のロータスラスト荷重を釣り合わせる、荷重バランス取り手段とを備え、上記ロータ軸のフロント側端部には、これに連結された電磁クラッチが設けられ、上記ロータ軸のリア側端部には、そのロータ軸の端面を含む壁面で囲まれてなるとともに、上記ベーンの底部にベーン背圧として中圧オイルを供給するリア背圧空間が設けられてなり、上記荷重バランス取り手段は、上記ロータの端面側のみ若しくは該ロータの全体を永久磁石とし、上記ロータ側の永久磁石と反発する電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造からなるとともに、上記リア背圧空間の中圧オイル圧を検知し、この検知結果に基づいて上記電磁石を制御する制御手段を具備し、その電磁石と上記永久磁石との反発磁力により、上記ロータを上記フロントサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記リア背圧空間のオイル圧と、上記ロータを上記リアサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記電磁クラッチのアマチュアがプーリ側に引き寄せられた際のバネ力とを釣り合わせる手段であることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を基に詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態である気体圧縮機の断面図、図２は図１のＡ‐Ａ線断面図、図３は図１のＢ‐Ｂ線断面図、図４は図１の気体圧縮機における制御手段の動作の説明図である。
【００２４】
図１の気体圧縮機は、一端開口型コンプレッサケース１内に圧縮機構部２を収納し、かつ、そのコンプレッサケース１の開口端にフロントヘッド３を取り付けてなる、いわゆるシェル構造を採用している。
【００２５】
圧縮機構部２は筒状のシリンダ４を有し、シリンダ４のフロント側４Ｆ開口端面とリア側４Ｒ開口端面は、それぞれに取り付けられたサイドブロック５、６で塞がれている。以下、シリンダ４のフロント側４Ｆ端部を塞いでいるサイドブロック５のことを「フロントサイドブロック」といい、同シリンダ４のリア側４Ｒ端部を塞いでいるサイドブロック６のことを「リアサイドブロック」という。
【００２６】
シリンダ４の内側にはロータ８が回転可能に収容され、このロータ８の軸心には回転軸としてロータ軸７が一体に設けられている。ロータ軸７は、フロントサイドブロック５とリアサイドブロック６のそれぞれに設けた軸受孔９、１０で支持されている。この両サイドブロック５、６の軸受孔９、１０はそれぞれのサイドブロック５、６の表裏面を貫通する孔形状となっている。
【００２７】
フロントヘッド３の外表面にはボス部１１が突出形成されている。また、このボス部１１の中央にはフロントサイドブロック５の軸受孔９に連通する貫通孔１２が開設されている。
【００２８】
ロータ軸７のフロント側端部７Ｆは、フロントサイドブロック５の軸受９からフロントヘッド３の貫通孔１２内に突出している。尚、ロータ軸７の外周面と貫通孔１２との間にはシール部材１３が設けられ、このシール部材１３によりロータ軸７の外周面がシールされ、フロントヘッド３の内外がシール部材１３で遮断されている。
【００２９】
ロータ軸７のフロント側端部７Ｆには電磁クラッチ１４が連結されている。電磁クラッチ１４は、アマチュア１５、ゴム等のバネ性を有するバネ部材１６、および従動軸１７からなり、これらの部材を介してプーリ１８の回転力をロータ軸７側に伝達するように構成されている。
【００３０】
プーリ１８は、フロントヘッド３のボス部１１外周にベアリング１９を介して回転可能に取り付けられるとともに、図示しないエンジン等の動力で回転駆動される。また、このプーリ１８の内側空洞部には、フロントヘッド３側に取り付けられたクラッチ電磁石２０が配設されている。
【００３１】
アマチュア１５は、その摩擦面が所定のエアギャップを隔ててプーリ１８の端面と対向するように配置されている。従動軸１７は、ロータ軸７のフロント側７Ｆ端部に同軸上にネジ止め固定されている。バネ部材１６は、アマチュア１５と従動軸１７とを連結している。
【００３２】
上記のような構造からなる電磁クラッチ１４において、クラッチ電磁石２０が励磁されると、その磁力により、アマチュア１５がバネ部材１６のバネ力に逆らってプーリ１８側に引き寄せられる。これにより、アマチュア１５の摩擦面がプーリ１８の端面に密着する。そうすると、プーリ１８の回転力がアマチュア１５とバネ部材１６と従動軸１７を介してロータ軸７側に伝達されて、ロータ軸７が回転する。
【００３３】
クラッチ電磁石２０の励磁を停止すると、バネ部材１６のバネ力によりアマチュア１５がプーリ１８側から引き離される。これによりプーリ１８からアマチュア１５側への回転力の伝達が遮断されて、ロータ軸７の回転が停止する。
【００３４】
図２に示したように、ロータ８の外周面にはスリット状のベーン溝２１が５つ切り込み形成されている。これらのベーン溝２１にはそれぞれ１枚ずつベーン２２が摺動可能に装着されている。各ベーン２２はいずれもロータ８の外周面からシリンダ４の内周面に向かって出没可能に設けられている。
【００３５】
この図１の気体圧縮機においては、筒状のシリンダ４はその内周が略楕円状に形成され、この内周略楕円状のシリンダ４の中心部に真円のロータ８を配置することで、シリンダ４とロータ８との間の隙間空間からなる三日月型のシリンダ室２３がロータ軸７を中心として１８０°対向する位置に２つ形成される構造と、この２つのシリンダ室２３をベーン２２が複数の小室に仕切り形成するという構造を採用している。
【００３６】
上記の如くベーン２２により仕切られた小室が圧縮室２４である。圧縮室２４は、ロータ軸７と一体にロータ８が図中矢印イの方向へ回転することにより容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出を行なう。
【００３７】
すなわち、圧縮室２４の容積変化が生じると、その容積増加時に、吸入室２５内の低圧冷媒ガスが圧縮室２４へ吸入される。このような圧縮室２４への吸入動作は、フロントサイドブロック５の吸入口５‐１や、シリンダ４の吸入通路２６と連通するようにリアサイドブロック６の端面に掘られた吸入口（図示省略）を介して行なわれる。
【００３８】
そして、圧縮室２４の容積が減少し始めると、その容積減少効果により圧縮室２４内の冷媒ガスが圧縮され始める。その後、圧縮された冷媒ガスの圧力がシリンダ４外部空間の吐出チャンバ２７側の圧力よりも高くなると、シリンダ４楕円短径部付近に位置するシリンダ吐出孔２８の吐出弁２９が開く。
【００３９】
上記のようにして吐出弁２９が開くと、圧縮室２４内の高圧冷媒ガスがシリンダ吐出孔２８からシリンダ４外部空間の吐出チャンバ２７側へ流出する。ベーン２２がシリンダ吐出孔２８を通過すると同時に、吐出弁２９を挟んだ次の圧縮室２４と吐出チャンバ２７との圧力差が逆転し吐出弁２９が閉じる。
【００４０】
吐出チャンバ２７側へ流出した高圧冷媒ガスは、シリンダ４やリアサイドブロック６の吐出通路（図示省略）を通り、リアサイドブロック６に取り付けられている油分離器３１を通って、最後に吐出室３２へ吐出される。
【００４１】
吐出チャンバ２７内に吐出した高圧冷媒ガス中には、圧縮機構部２の摺動部の潤滑や隙間部のシールのためのオイルがミストの状態で含まれている。この高圧冷媒ガス中のオイル成分は油分離器３１の分離フィルタ３３で分離捕獲され、かつ、吐出室３０底部のオイル溜り３４に滴下し貯留される。
【００４２】
オイル溜り３４には吐出室３２の高圧、すなわち圧縮室２４から吐出室３２内に吐出した高圧冷媒ガスの圧力（以下、吐出圧力という。）が作用している。
【００４３】
オイル溜り３４のオイルは、圧縮機構部２の摺動部や隙間部、例えば、▲１▼軸受９、１０、▲２▼ベーン２２底部の隙間空間、▲３▼ロータサイド隙間、▲４▼ロータ周方向隙間等へ供給される。尚、ロータサイド隙間とは、フロントサイドブロック５またはリアサイドブロック６とロータ８との間の隙間である。ロータ周方向隙間とは、ロータ８とシリンダ４との間の隙間である。
【００４４】
ここで、圧縮機構部２の摺動部や隙間部へのオイルの供給手段について説明する。
【００４５】
圧縮機構部２には高圧オイル供給孔３５が設けられている。この高圧オイル供給孔３５は、その一端がオイル溜り３４側に開口し、その他端がフロントサイドブロック５およびリアサイドブロック６の軸受９、１０側に開口する構造であって、かつ、リアサイドブロック６に穿設した孔３５‐１と、これと連通するようにシリンダ４に穿設した孔３５‐２と、これと連通するようにフロントサイドブロック５に穿設した孔３５‐３とから構成されている。
【００４６】
従って、本実施形態の気体圧縮機においては、この高圧オイル供給孔３５により、オイル溜り３４側からフロントサイドブロック５およびリアサイドブロック６の軸受９、１０側へ吐出圧力Ｐｄ相当の高圧のオイルが供給され、このオイルによって軸受９、１０の潤滑が行なわれる。
【００４７】
ロータ８の端面と対向しているリアサイドブロック６の内面にはサライ溝３６が設けられている。サライ溝３６は、リアサイドブロック６の軸受１０の周囲に形成され、かつ、軸受１０のクリアランスに開口し連通している。また、このサライ溝３６には、冷媒ガスの吸入過程から圧縮過程の時期に、ベーン溝２１底部側がその側面から対向し連通するように構成されている。このような構造からなるサライ溝３６については、フロントサイドブロック５の内面にも同様に設けられている。
【００４８】
ロータ軸７のリア側７Ｒ端部にはリア背圧空間３７が設けられている。リア背圧空間３７は、油分離器３１およびリアサイドブロック６の外壁の一部とロータ軸７のリア側７Ｒ端面を含む壁面で形成されている。また、このリア背圧空間３７は、リアサイドブロック６に穿設された中圧オイル供給孔３８を介して同リアサイドブロック６のサライ溝３６に連通している。
【００４９】
従って、本実施形態の気体圧縮機においては、リアサイドブロック６の軸受１０側へ供給されたオイルは、さらに同軸受１０のクリアランスを通過してリアサイドブロック６のサライ溝３６側へ流出し供給されるとともに、同軸受１０のクリアランス、リア背圧空間３７、中圧オイル供給孔３８をその順に通過してサライ溝３６側へ流出し供給される。一方、フロントサイドブロック５の軸受９側へ供給されたオイルは、同軸受９のクリアランスを通過してフロントサイドブロック５のサライ溝３６側へ流出し供給される。
【００５０】
この際、軸受９または軸受１０のクリアランス通過時に、オイルは絞られ減圧される。これにより、フロントサイドブロック５およびリアサイドブロック６のサライ溝３６、３６側へ供給されるオイルの圧力は、いずれも軸受９、１０へ供給されるオイルの圧力より低く、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの中間の圧力となる。以下、この中間の圧力のオイルを「中圧オイル」という。
【００５１】
そして、このサライ溝３６内の中圧オイルがベーン背圧としてベーン２２底部の隙間空間へ供給され、このベーン２２底部の隙間空間からベーン２２の底部に中圧オイルの圧力が作用する。ベーン２２にはロータ８の回転による遠心力も作用する。従って、その中圧オイルの圧力と遠心力により、ベーン２２はロータ８の外周面からシリンダ４の内周面に向かって飛び出る。
【００５２】
尚、本実施形態の気体圧縮機では、内周略楕円形状のシリンダ４の中心に真円のロータ８を配置することで、ロータ軸７を中心として１８０°対向する位置に三日月型のシリンダ室２３が２つ形成される構造を採用している。このため、その双方のシリンダ室２３、２３において冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出という一連の動作を行なうことが可能となっている。
【００５３】
また、本実施形態の気体圧縮機では、ロータ８にベーン２２を５枚配設しているため、ロータ８が１回転する間に一方の三日月型シリンダ室２３内では当該ベーン１３により仕切られた圧縮室２４が５回形成される。従って、ロータ８が１回転する間に、一方の三日月型シリンダ室２３で冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出という一連の動作が５回行われ、双方のシリンダ室２３で都合１０回行われる。
【００５４】
このような構造との関係から、リアサイドブロック６やフロントサイドブロック５のサライ溝３６については、ロータ軸７を中心として１８０°対向する位置にそれぞれ１つずつ計２つ設けている。これと同様に吸入通路２６、吐出チャンバ２７、シリンダ吐出孔２８、吐出弁２９等についても、それぞれ２つずつ設けている。
【００５５】
上記のような構造からなる気体圧縮機において、クラッチ電磁石２０が励磁され、電磁クラッチ１４がオン動作状態となると、ロータ軸７と一体にロータ８が回転して、冷媒ガスの圧縮動作が行なわれるが、このとき、ロータ８にはロータスラスト荷重として、少なくとも以下の力が作用する。
【００５６】
▲１▼電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力。
【００５７】
▲２▼リア背圧空間３７のオイル圧力。
【００５８】
▲３▼リアサイドブロック６のサライ溝３６に供給されるオイル圧力。
【００５９】
▲４▼フロントサイドブロック５のサライ溝３６に供給されるオイル圧力。
【００６０】
▲５▼ロータ軸７のフロント側７Ｆ端面に作用する大気圧。
【００６１】
このうち、上記▲３▼と上記▲４▼の力は略同一の中圧で互いに逆向きであるため相殺される。上記▲５▼の大気圧は上記▲１▼や上記▲２▼の力に比し極く小さい。従って、主として上記▲１▼と力と上記▲２▼の圧力がロータスラスト荷重としてロータ８に作用すると考えることができる。
【００６２】
電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力（上記▲１▼のバネ力）は、ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧する方向を向いている。また、リア背圧空間３７のオイル圧力（上記▲２▼の圧力）は、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧する方向を向いている。従って、この２つのスラスト荷重のバランスを取ることができれば、ロータ８は、フロントサイドブロック５やリアサイドブロック６のいずれか一方に偏って強く押しつけられることなく、中立の位置に保持される。
【００６３】
そこで、本実施形態の気体圧縮機では、主として、上記の如くロータ８に作用する２つのロータスラスト荷重（電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力とリア背圧空間のオイル圧力）に着目し、この２つのロータスラスト荷重の荷重バランスを取り、運転時のロータスラスト荷重を釣り合わせる手段として、磁力の反発力を利用するという構造を採用している。
【００６４】
すなわち、本実施形態の気体圧縮機においては、ロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面とが磁化され、これにより、そのロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面とが互いの磁力で反発し合う構造となっている。
【００６５】
ここで、上記のように反発する磁力の強さ（大きさ）は、ロータ軸７のリア側７Ｒ端面の面積とリア背圧空間３７のオイル圧力との乗算値と、電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力との差分に相当するものとする。これにより、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重と同ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧するロータスラスト荷重との差分が０になり、その荷重バランスが取れ、ロータ８が中立位置に保持される。
【００６６】
ロータ８の端面を磁化する手段については各種考えられる。本実施形態においては、そのロータ端面磁化手段として、磁化したいロータ８の端面側に永久磁石３９を埋設し、この永久磁石３９によりロータ８の端面側のみを局所的に磁化する構造を採用している。この構造において、永久磁石３９は、ロータ軸７を中心として環状に設けられている。これはロータ８の端面から出る磁力の均一化を図るためである。
【００６７】
永久磁石３９をロータ軸７回りに環状に設置する構造としては、図２のようにリング状の永久磁石３９を用いる構造のほか、図５のように永久磁石３９の小片３９‐１〜３９‐５をベーン溝間に設置し、これらの小片３９‐１〜３９‐５が全体としてロータ軸７回りに環状に配置される構造等が考えられるが、いずれの構造を採用してもよい。
【００６８】
また、図２に示したリング状の永久磁石３９や、図５に示した永久磁石３９の小片３９‐１〜３９‐５は、いずれもロータ８の周面寄りに近接して配置されている。これはロータ軸７を中心として広い範囲で反発磁力が作用するように構成することで、ロータスラスト荷重のバランス取りの安定性を高め、安定したロータ８の回転が得られるようにするためである。
【００６９】
また、フロントサイドブロック５の内面を磁化する手段についても各種考えられる。本実施形態では、そのフロントサイドブロック内面磁化手段として、上記のようなロータ８側の永久磁石３９と反発する電磁石４０をフロントサイドブロック５に内蔵するという構造を採用している。この構造において、図３に示したように、電磁石４０はロータ８側の永久磁石３９と同様に、ロータ軸７を中心として環状に設けられるものとしている。これはフロントサイドブロック５の内面から出る磁力の均一化を図るためである。
【００７０】
また、本実施形態の気体圧縮機の場合、上記の如くフロントサイドブロック５に内蔵された電磁石４０の磁力は、リア背圧空間３７の圧力に基づき調節・制御される。この調節・制御は、中圧導入管４１、圧力電圧変換器４２、電圧算出手段４３、電圧供給手段４４からなる制御手段４５により行なわれる。
【００７１】
中圧導入管４１は、リア背圧空間３７の圧力を圧力電圧変換器４２側に導く構造となっている。圧力電圧変換器４２は、中圧導入管４１を介して導入されたリア背圧空間３７の圧力を電圧に変換する。この変換電圧はリア背圧空間３７の圧力に比例する。従って、圧力電圧変換器４２による変換電圧は現在のリア背圧空間３７の圧力を示している。
【００７２】
電圧算出手段４３は、圧力電圧変換器４２による変換電圧（現在のリア背圧空間３７の圧力）に基づき、ロータスラスト荷重バランスを取るために必要な反発磁力、すなわちロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間の反発磁力を求めるとともに、その反発磁力を得るために必要な電磁石４０の励磁電圧を演算する。電圧供給手段４４は、上記電圧算出手段４３での演算結果の励磁電圧値に基づき電磁石４０を励磁する。
【００７３】
上記構造からなる制御手段４５は気体圧縮機の運転開始と同時に作動を開始する。
【００７４】
図４に示したように、制御手段４５が作動すると（ステップ１００）、中圧導入管４１を介し圧力電圧変換器４２側にリア背圧空間３７の圧力が導入され、この圧力電圧変換器４２においてリア背圧空間３７の現在の圧力が電圧として検知される（ステップ１０１）。このとき、例えばリア背圧空間３７の圧力が中圧オイル圧になっているときは、その中圧オイル圧のときにロータスラスト荷重バランスを取るために必要な反発磁力が求められ、さらに、この反発磁力を得るために必要な電磁石４０の励磁電圧が演算される（ステップ１０２）。この処理動作は電圧算出手段４３で行なわれる。
【００７５】
次に、電圧算出手段４３での演算結果の励磁電圧に基づいて電圧供給手段４４が電磁石４０を励磁する（ステップ１０３）。この電磁石４０の励磁により、ロータスラスト荷重のバランスを取るために必要な反発磁力が、ロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間に発生し、これにより、ロータ８が中立位置に保持される。
【００７６】
従って、上記制御手段４５を採用した本実施形態の気体圧縮機によると、リア背圧空間３７の圧力が変化しても、そのリア背圧空間３７の圧力に応じた適切なロータスラスト荷重のバランス取りが行なわれる。
【００７７】
ところで、上記の如くリア背圧空間３７の圧力に基づきフロントサイドブロック５側の電磁石４０を制御するのは、リア背圧空間３７の圧力に変化が生じるため、これに応じてロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間の反発磁力を変更し、適切にロータスラスト荷重バランスを取る必要があるためである。
【００７８】
すなわち、ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧するロータスラスト荷重としてロータ８に作用する力は、電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力により一義的に決まるものであって、略一定であると考えられる。
【００７９】
これに対し、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重（リア背圧空間３７のオイル圧力）は、吐出室３２の圧力に基づき発生するものであるため、吐出室３２の圧力に連動して変化する。例えば、気体圧縮機の起動時は、吐出室３２への高圧冷媒ガスの吐出量が少なく、吐出室３２の圧力が低いため、リア背圧空間３７のオイル圧力も低くなるが、気体圧縮機の起動時から少し時間が経過した後の定常運転時には、吐出室３２側への高圧冷媒ガスの吐出量が増加し、吐出室３２の圧力が所定の圧力まで高まるため、これに伴いリア背圧空間３７のオイル圧も高まる。
【００８０】
従って、気体圧縮機の起動時と定常運転時では、リア背圧空間３７のオイル圧力が変化し、このため、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重が変化する。どのような気体圧縮機の運転状況下でも、ロータスラスト荷重バランスを取って、ロータ８を中立位置に常時保持できるようにするには、そのスラスト荷重バランスを取っている力、すなわちロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間に生じる上記反発磁力を適切に変更する必要がある。
【００８１】
このような観点から、本実施形態の気体圧縮機では、上記反発磁力をリア背圧空間３７のオイル圧力に基づき調整・制御するものとし、これにより、気体圧縮機の起動時と定常運転時において、ロータスラスト荷重バランスが適切に取られて、ロータ８が常時中立位置に保持されるようにしている。
【００８２】
特に冷媒としてＲ４１０ＡやＣＯ_２等の高圧冷媒を用いた場合には、通常用いられる冷媒に比し吐出室３２の圧力がより一層高圧になり、これに伴いリア背圧空間３７のオイル圧力も上昇する。このため、そのリア背圧空間３７のオイル圧力、すなわちロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重は、通常の冷媒を用いる場合に比し大となり、このように増大したロータスラスト荷重によりロータ８がフロントサイドブロック５側に押しつけられようとする。しかし、本実施形態の気体圧縮機の場合は、上記のようにリア背圧空間３７のオイル圧に基づいて行なわれる電磁石４０の調整・制御により、ロータスラスト荷重バランスを取る力、すなわちロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間に生じる反発磁力も大きくなるから、ロータ８の端面がその反発磁力に負けてフロントサイドブロック５の内面に強く押しつけられることはなく、ロータ８は中立位置に保持された状態で安定に回転することができる。
【００８３】
上記実施形態の気体圧縮機によると、ロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面とがその互いの磁力で反発し合い、この反発磁力により、ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧するロータスラスト荷重とロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重とのバランスを取るという構造を採用したものである。このため、例えば、Ｒ４１０ＡやＣＯ_２等のような高圧作動冷媒ガスを用いた場合においても、その反発磁力によって、ロータスラスト荷重のバランスを適正に保つことができ、ロータ８を中立位置に保持することが可能となる。従って、ロータ８がフロントサイドブロック５側に偏って押しつけられることがなく、その押しつけによる不具合、例えば、動力ロスや、ロータ８またはフロントサイドブロック５の摩耗の低減を図れる。さらにロータ８の中立位置が保持されるということは、ロータサイド隙間の初期設定値を確実に維持することを可能とするものであるから、いわゆる内部リークの低減に効果があり、機器性能の向上も図れる。動力ロスの低減はエネルギ消費量の低減を通じて地球環境保全に貢献するものである。
【００８５】
上記実施形態では、ロータスラスト荷重のバランス取り手段として、フロントサイドブロック５側の電磁石４０とロータ８側の永久磁石３９との反発磁力を利用する構造を採用したが、これに代えて、そのフロントサイドブロック５側の電磁石４を永久磁石とする構造を採用してもよい。この構造の場合、そのフロントサイドブロック５側の永久磁石（図示省略）とロータ８側の永久磁石との反発磁石により、ロータスラスト荷重のバランスを取り、これによりロータ８が中立位置に保持されるものとする。
【００８６】
上記実施形態では、ロータ８の端面側に永久磁石３９を埋設する等の手法により、ロータ８の端面側のみを永久磁石化する構造を採用したが、これに代えて、ロータ８の全体を永久磁石とする構造を採用しても、上記実施形態と同等の作用効果が得られる。また、同実施形態では、フロントサイドブロック５の内部に電磁石４０や永久磁石を内蔵設置する等の手法を採用したが、これに代えて、フロントサイドブロック５の全体を永久磁石で構成する、あるいは永久磁石や電磁石の磁力によりフロントサイドブロック５の内面側のみが磁化される構造を採用してもよい。
【００８７】
【発明の効果】
本発明に係る気体圧縮機にあっては、上記の如く、ロータの端面とこれに対向するフロントサイドブロックの内面とを互いの磁力で反発させて、運転時のロータスラスト荷重を釣り合わせるという構造を採用したものである。このため、例えばＲ４１０ＡやＣＯ_２等の高圧作動冷媒を用いた場合においても、上記の反発磁力によって、ロータスラスト荷重のバランスを適正に保つことができ、ロータを中立位置に保持することが可能となる。従って、ロータがフロントサイドブロック側に偏って押しつけられることがなく、その押しつけによる不具合、例えば、動力ロスの低減や、ロータまたはフロントサイドブロックの摩耗の低減を図れるとともに、内部リークの低減にも効果があり、機器性能の向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である気体圧縮機の断面図。
【図２】図１のＡ‐Ａ線断面図。
【図３】図１のＢ‐Ｂ線断面図。
【図４】図１の気体圧縮機における制御手段の動作の説明図。
【図５】図１のＢ‐Ｂ線断面における本発明の他の実施形態の説明図。
【図６】従来の気体圧縮機の断面図。
【図７】図６のＡ‐Ａ線断面図。
【符号の説明】
１コンプレッサケース
２圧縮機構部
３フロントヘッド
４シリンダ
４Ｆシリンダのフロント側
４Ｒシリンダのリア側
５サイドブロック（フロントサイドブロック）
５−１吸入口
６サイドブロック（リアサイドブロック）
７ロータ軸（回転軸）
７Ｆロータ軸のフロント側
７Ｒロータ軸のリア側
８ロータ
９、１０軸受孔
１１ボス部
１２貫通孔
１３シール部材
１４電磁クラッチ
１５アマチュア
１６バネ部材
１７従動軸
１８プーリ
１９ベアリング
２０クラッチ電磁石
２１ベーン溝
２２ベーン
２３シリンダ室
２４圧縮室
２５吸入室
２６吸入通路
２７吐出チャンバ
２８シリンダ吐出孔
２９吐出弁
３０吐出通路
３１油分離器
３２吐出室
３３分離フィルタ
３４オイル溜り
３５高圧オイル供給孔
３６サライ溝
３７リア背圧空間
３８中圧オイル供給孔
３９永久磁石
４０電磁石
４１中圧導入管
４２圧力電圧変換器
４３電圧算出手段
４４電圧供給手段
４５制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas compressor used in a car air conditioner system and the like, and more particularly, to a gas compressor suitable for reducing power loss, improving wear resistance, improving equipment performance by reducing internal leakage, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of gas compressor has a structure shown in FIG. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
The gas compressor shown in the figure has a rotor 8 rotatably accommodated in an inner peripheral elliptical cylinder 4, and a gap space between the rotor 8 and the cylinder 4 serves as a cylinder chamber 23 ( (See FIG. 7). A front side block 5 and a rear side block 6 are respectively attached to the front side and rear side end faces of the cylinder 4, and the rotor shaft of the rotor 8 is inserted through bearing holes 9, 10 provided in the side blocks 5, 6. 7 is supported.
[0004]
A vane groove 21 is formed on the outer peripheral surface of the rotor 8, and a vane 22 is slidably mounted in the vane groove 21 (see FIG. 7). The vane 22 is provided so as to protrude from the outer peripheral surface of the rotor 8 toward the inner peripheral surface of the cylinder 4 and has a structure that partitions the cylinder chamber 23 into a plurality of small chambers. The partitioned small chambers are used as the compression chambers 24, and the volume of the chambers is repeatedly changed by the rotation of the rotor 8. The refrigerant gas is compressed in the compression chambers 24 by the volume changes.
[0005]
In the gas compressor having the above-described structure, the high-pressure oil on which the high-pressure refrigerant gas pressure after compression acts is squeezed by the clearances of the bearings 9 and 10 to obtain an intermediate pressure. It flows into the rear back pressure space 37 formed by the wall surface including the rear side end face, and the intermediate pressure oil is supplied from the rear back pressure space 37 to the bottom of the vane 22 as the vane back pressure. An electromagnetic clutch 14 is connected to the front side of the rotor shaft 7.
[0006]
For this reason, when the load in the thrust direction (rotor axial direction) acting on the rotor 8 is considered during operation of the gas compressor having the above structure, the rotor shaft is used as a load for pressing the rotor 8 toward the front side block 5. When the armature 15 of the electromagnetic clutch 14 is drawn toward the pulley 18 as a load that presses the rotor 8 toward the rear side block 6 side. There is a spring force of the spring member 16.
[0007]
Therefore, in the conventional gas compressor having the above-described structure, if the two rotor thrust loads described above are not balanced, the rotor 8 is biased strongly against either the front side block 5 or the rear side block 6. The following problems arise.
[0008]
(1) The sliding resistance of the rotor 8 that is in sliding contact with both side blocks 5 and 6 increases, and a large power loss occurs.
[0009]
(2) The end surface of the rotor 8 and the inner surface of the front side block 5 or the inner surface of the rear side block 6 facing the end surface are likely to wear.
[0010]
(3) A minute gap (hereinafter referred to as the rotor side gap) between the rotor 8 and the front side block 5 or the rear side block 6 is wider than the set value, and the low pressure is supplied from the high pressure side via the rotor side gap. The amount of so-called internal leakage that leaks high-pressure refrigerant gas to the side increases, resulting in deterioration of equipment performance.
[0011]
R410A and CO due to global warming issues ₂ There is an increasing demand for gas compressors that use high-pressure working refrigerant gas such as the above. In such a gas compressor, the R410A and CO ₂ Therefore, the pressure of the compressed high-pressure refrigerant gas is further increased, and the oil pressure in the rear back pressure space 37 is increased accordingly. Therefore, the difference between the spring force of the spring member 16 and the oil pressure in the rear back pressure space 37 when the armature 15 of the electromagnetic clutch 14 is pulled toward the pulley 18 becomes larger than before, and the rotor 8 is moved to the front. Since the force pressed against the side block 5 increases, problems such as power loss, wear, and deterioration in device performance due to an increase in internal leakage become significant.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2002-174190 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to reduce power loss, improve wear resistance, and improve equipment performance by reducing internal leakage. The object is to provide a gas compressor.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a cylinder, a front side block attached to the front side end surface of the cylinder, a rear side block attached to the rear side end surface of the cylinder, and rotatably accommodated in the cylinder. A rotor support structure that supports the rotating shaft of the rotor by a bearing hole provided in the front side block and the rear side block, and can protrude from the outer peripheral surface of the rotor toward the inner peripheral surface of the cylinder. And a vane that divides a cylinder chamber formed by a gap space between the cylinder and the rotor into a plurality of small chambers, and a plurality of small chambers partitioned by the vane, and the volume of the volume is changed by the rotation of the rotor. A compression chamber having a structure in which refrigerant gas is sucked, compressed, and discharged by the volume change repeatedly. An inner surface of the front side block facing thereto and end faces of the rotor by repulsive in mutual magnetic force to balance the rotor thrust load during operation, the load balancing means An electromagnetic clutch coupled thereto is provided at the front end of the rotor shaft, and the rear end of the rotor shaft is surrounded by a wall surface including the end surface of the rotor shaft. A rear back pressure space for supplying medium pressure oil as a vane back pressure is provided at the bottom of the vane, and the load balancing means uses only the end face side of the rotor or the entire rotor as a permanent magnet. A control means for detecting an intermediate oil pressure of the rear back pressure space and controlling the electromagnet based on the detection result. And a rotor thrust load that presses the rotor toward the front side block due to the repulsive magnetic force between the electromagnet and the permanent magnet. The oil pressure in the rear back pressure space and the spring force when the armature of the electromagnetic clutch acting on the rotor as a rotor thrust load that presses the rotor toward the rear side block is pulled toward the pulley. Be a means of balancing It is characterized by.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
1 is a sectional view of a gas compressor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. It is explanatory drawing of operation | movement of the control means in a gas compressor.
[0024]
The gas compressor of FIG. 1 employs a so-called shell structure in which a compression mechanism portion 2 is accommodated in a one-end opening type compressor case 1 and a front head 3 is attached to the opening end of the compressor case 1. .
[0025]
The compression mechanism section 2 has a cylindrical cylinder 4, and the front side 4F opening end face and the rear side 4R opening end face of the cylinder 4 are closed by side blocks 5 and 6 attached thereto, respectively. Hereinafter, the side block 5 blocking the front side 4F end of the cylinder 4 is referred to as “front side block”, and the side block 6 blocking the rear side 4R end of the cylinder 4 is referred to as “rear side block”. "
[0026]
A rotor 8 is rotatably accommodated inside the cylinder 4, and a rotor shaft 7 is integrally provided as a rotation shaft on the axis of the rotor 8. The rotor shaft 7 is supported by bearing holes 9 and 10 provided in each of the front side block 5 and the rear side block 6. The bearing holes 9 and 10 of the both side blocks 5 and 6 have a hole shape penetrating the front and back surfaces of the side blocks 5 and 6.
[0027]
A boss 11 is formed on the outer surface of the front head 3 so as to protrude. Further, a through hole 12 communicating with the bearing hole 9 of the front side block 5 is opened at the center of the boss portion 11.
[0028]
The front end 7F of the rotor shaft 7 protrudes from the bearing 9 of the front side block 5 into the through hole 12 of the front head 3. A seal member 13 is provided between the outer peripheral surface of the rotor shaft 7 and the through hole 12. The outer peripheral surface of the rotor shaft 7 is sealed by the seal member 13, and the inside and outside of the front head 3 are blocked by the seal member 13. Has been.
[0029]
An electromagnetic clutch 14 is connected to the front side end 7 </ b> F of the rotor shaft 7. The electromagnetic clutch 14 includes an armature 15, a spring member 16 having elasticity such as rubber, and a driven shaft 17, and is configured to transmit the rotational force of the pulley 18 to the rotor shaft 7 via these members. Yes.
[0030]
The pulley 18 is rotatably attached to the outer periphery of the boss portion 11 of the front head 3 via a bearing 19 and is driven to rotate by power of an engine (not shown). A clutch electromagnet 20 attached to the front head 3 side is disposed in the inner cavity of the pulley 18.
[0031]
The amateur 15 is disposed such that its friction surface faces the end surface of the pulley 18 with a predetermined air gap therebetween. The driven shaft 17 is fixed to the front side 7F end of the rotor shaft 7 with a screw on the same axis. The spring member 16 connects the armature 15 and the driven shaft 17.
[0032]
In the electromagnetic clutch 14 having the above-described structure, when the clutch electromagnet 20 is excited, the armature 15 is attracted to the pulley 18 side against the spring force of the spring member 16. As a result, the friction surface of the armature 15 comes into close contact with the end surface of the pulley 18. Then, the rotational force of the pulley 18 is transmitted to the rotor shaft 7 side through the armature 15, the spring member 16, and the driven shaft 17, and the rotor shaft 7 rotates.
[0033]
When the excitation of the clutch electromagnet 20 is stopped, the armature 15 is pulled away from the pulley 18 side by the spring force of the spring member 16. Thereby, transmission of the rotational force from the pulley 18 to the armature 15 side is interrupted, and the rotation of the rotor shaft 7 is stopped.
[0034]
As shown in FIG. 2, five slit-like vane grooves 21 are formed on the outer peripheral surface of the rotor 8. One vane 22 is slidably mounted in each of the vane grooves 21. Each vane 22 is provided so as to be able to protrude from the outer peripheral surface of the rotor 8 toward the inner peripheral surface of the cylinder 4.
[0035]
In the gas compressor of FIG. 1, the cylindrical cylinder 4 has an inner circumference formed in a substantially elliptical shape, and a perfectly circular rotor 8 is arranged at the center of the inner circumferential substantially elliptical cylinder 4. A structure in which two crescent-shaped cylinder chambers 23 formed by a gap space between the cylinder 4 and the rotor 8 are formed at positions opposed to each other by 180 ° about the rotor shaft 7, and the two cylinder chambers 23 are formed by vanes 22. Employs a structure in which a plurality of small chambers are partitioned.
[0036]
The small chamber partitioned by the vanes 22 as described above is the compression chamber 24. The compression chamber 24 repeats a change in volume as the rotor 8 rotates integrally with the rotor shaft 7 in the direction of the arrow a in the figure, and the refrigerant gas is sucked, compressed, and discharged by the volume change.
[0037]
That is, when the volume change of the compression chamber 24 occurs, the low-pressure refrigerant gas in the suction chamber 25 is sucked into the compression chamber 24 when the volume increases. Such a suction operation into the compression chamber 24 is performed by a suction port (not shown) dug in the end surface of the rear side block 6 so as to communicate with the suction port 5-1 of the front side block 5 and the suction passage 26 of the cylinder 4. Is done through.
[0038]
When the volume of the compression chamber 24 starts to decrease, the refrigerant gas in the compression chamber 24 starts to be compressed due to the volume reduction effect. Thereafter, when the pressure of the compressed refrigerant gas becomes higher than the pressure on the discharge chamber 27 side in the external space of the cylinder 4, the discharge valve 29 of the cylinder discharge hole 28 located near the elliptical short diameter portion of the cylinder 4 opens.
[0039]
When the discharge valve 29 is opened as described above, the high-pressure refrigerant gas in the compression chamber 24 flows out from the cylinder discharge hole 28 toward the discharge chamber 27 in the outer space of the cylinder 4. At the same time as the vane 22 passes through the cylinder discharge hole 28, the pressure difference between the next compression chamber 24 and the discharge chamber 27 sandwiching the discharge valve 29 is reversed, and the discharge valve 29 is closed.
[0040]
The high-pressure refrigerant gas flowing out to the discharge chamber 27 side passes through the discharge passage (not shown) of the cylinder 4 and the rear side block 6, passes through the oil separator 31 attached to the rear side block 6, and finally enters the discharge chamber 32. Discharged.
[0041]
The high-pressure refrigerant gas discharged into the discharge chamber 27 contains oil for lubrication of the sliding portion of the compression mechanism portion 2 and sealing of the gap portion in a mist state. The oil component in the high-pressure refrigerant gas is separated and captured by the separation filter 33 of the oil separator 31 and is dropped and stored in the oil reservoir 34 at the bottom of the discharge chamber 30.
[0042]
High pressure in the discharge chamber 32, that is, the pressure of the high-pressure refrigerant gas discharged from the compression chamber 24 into the discharge chamber 32 (hereinafter referred to as discharge pressure) acts on the oil reservoir 34.
[0043]
The oil in the oil sump 34 is slidable in the compression mechanism 2 or in the gaps, for example, (1) bearings 9, 10, (2) the gap space at the bottom of the vane 22, (3) rotor side gap, (4) rotor Supplied to the circumferential gap. The rotor side gap is a gap between the front side block 5 or the rear side block 6 and the rotor 8. The rotor circumferential clearance is a clearance between the rotor 8 and the cylinder 4.
[0044]
Here, means for supplying oil to the sliding part and the gap part of the compression mechanism part 2 will be described.
[0045]
The compression mechanism unit 2 is provided with a high-pressure oil supply hole 35. The high-pressure oil supply hole 35 has a structure in which one end opens to the oil reservoir 34 side and the other end opens to the bearings 9 and 10 side of the front side block 5 and the rear side block 6. It is composed of a hole 35-1 drilled, a hole 35-2 drilled in the cylinder 4 so as to communicate with the hole 35-1, and a hole 35-3 drilled in the front side block 5 so as to communicate with the hole 35-1. Yes.
[0046]
Therefore, in the gas compressor of this embodiment, high pressure oil corresponding to the discharge pressure Pd is supplied from the oil reservoir 34 side to the bearings 9 and 10 side of the front side block 5 and the rear side block 6 through the high pressure oil supply hole 35. The bearings 9 and 10 are lubricated by this oil.
[0047]
A salai groove 36 is provided on the inner surface of the rear side block 6 facing the end surface of the rotor 8. The Sarai groove 36 is formed around the bearing 10 of the rear side block 6 and opens and communicates with the clearance of the bearing 10. Further, the Salai groove 36 is configured such that the bottom side of the vane groove 21 is opposed to and communicated with the side surface during the refrigerant gas suction process to the compression process. The salai groove 36 having such a structure is similarly provided on the inner surface of the front side block 5.
[0048]
A rear back pressure space 37 is provided at the rear side 7R end of the rotor shaft 7. The rear back pressure space 37 is formed by a wall surface including a part of the outer wall of the oil separator 31 and the rear side block 6 and the rear side 7R end surface of the rotor shaft 7. The rear back pressure space 37 communicates with the salai groove 36 of the rear side block 6 through an intermediate pressure oil supply hole 38 formed in the rear side block 6.
[0049]
Therefore, in the gas compressor of this embodiment, the oil supplied to the bearing 10 side of the rear side block 6 further passes through the clearance of the bearing 10 and flows out to the salai groove 36 side of the rear side block 6 to be supplied. At the same time, it passes through the clearance of the bearing 10, the rear back pressure space 37, and the intermediate pressure oil supply hole 38 in that order, and flows out to the Sarai groove 36 side to be supplied. On the other hand, the oil supplied to the bearing 9 side of the front side block 5 passes through the clearance of the bearing 9 and flows out to the salai groove 36 side of the front side block 5 to be supplied.
[0050]
At this time, the oil is squeezed and depressurized when passing through the clearance of the bearing 9 or the bearing 10. Thereby, the pressure of the oil supplied to the Sarai grooves 36 and 36 side of the front side block 5 and the rear side block 6 is both lower than the pressure of the oil supplied to the bearings 9 and 10, and the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps. It becomes the middle pressure. Hereinafter, this intermediate pressure oil is referred to as “medium pressure oil”.
[0051]
The medium pressure oil in the salai groove 36 is supplied as a vane back pressure to the gap space at the bottom of the vane 22, and the pressure of the medium pressure oil acts on the bottom of the vane 22 from the gap space at the bottom of the vane 22. Centrifugal force due to rotation of the rotor 8 also acts on the vane 22. Therefore, the vane 22 jumps out from the outer peripheral surface of the rotor 8 toward the inner peripheral surface of the cylinder 4 by the pressure of the intermediate pressure oil and the centrifugal force.
[0052]
In the gas compressor of the present embodiment, a crescent-shaped cylinder chamber is disposed at a position opposed to the rotor shaft 7 by 180 ° by disposing a perfect circle rotor 8 at the center of the substantially elliptical inner cylinder 4. A structure in which two 23 are formed is adopted. Therefore, it is possible to perform a series of operations such as suction, compression, and discharge of the refrigerant gas in both the cylinder chambers 23 and 23.
[0053]
Further, in the gas compressor of the present embodiment, five vanes 22 are arranged in the rotor 8, so that the one crescent-shaped cylinder chamber 23 is partitioned by the vane 13 during one rotation of the rotor 8. The compression chamber 24 is formed five times. Therefore, during one rotation of the rotor 8, a series of operations including suction, compression, and discharge of the refrigerant gas is performed five times in one crescent-shaped cylinder chamber 23, and conveniently performed ten times in both cylinder chambers 23.
[0054]
In relation to such a structure, the salai grooves 36 of the rear side block 6 and the front side block 5 are provided in total, two at a position opposed to each other by 180 ° around the rotor shaft 7. Similarly, two suction passages 26, two discharge chambers 27, two cylinder discharge holes 28, and two discharge valves 29 are provided.
[0055]
In the gas compressor having the above-described structure, when the clutch electromagnet 20 is excited and the electromagnetic clutch 14 is turned on, the rotor 8 rotates together with the rotor shaft 7 and the refrigerant gas is compressed. However, at this time, at least the following force acts on the rotor 8 as the rotor thrust load.
[0056]
(1) The spring force of the spring member 16 when the armature 15 of the electromagnetic clutch 14 is pulled toward the pulley 18 side.
[0057]
(2) Oil pressure in the rear back pressure space 37.
[0058]
(3) Oil pressure supplied to the salai groove 36 of the rear side block 6.
[0059]
(4) Oil pressure supplied to the salai groove 36 of the front side block 5.
[0060]
(5) Atmospheric pressure acting on the front side 7F end surface of the rotor shaft 7.
[0061]
Of these, the forces {circle around (3)} and {circle around (4)} are canceled out because they are in opposite directions at substantially the same medium pressure. The atmospheric pressure of (5) is extremely smaller than the forces of (1) and (2). Therefore, it can be considered that the above-mentioned (1), the force and the pressure (2) act on the rotor 8 as a rotor thrust load.
[0062]
The spring force of the spring member 16 when the armature 15 of the electromagnetic clutch 14 is pulled toward the pulley 18 (the spring force of the above (1)) is directed to press the rotor 8 toward the rear side block 6. Further, the oil pressure (pressure {circle around (2)}) in the rear back pressure space 37 is directed in the direction of pressing the rotor 8 toward the front side block 5. Therefore, if the balance between the two thrust loads can be achieved, the rotor 8 is held in the neutral position without being biased strongly against either the front side block 5 or the rear side block 6.
[0063]
Therefore, in the gas compressor of the present embodiment, mainly the two rotor thrust loads acting on the rotor 8 as described above (the spring force of the spring member 16 when the armature 15 of the electromagnetic clutch 14 is pulled toward the pulley 18 side) Focusing on the oil pressure in the rear back pressure space), a structure that balances the load between the two rotor thrust loads and balances the rotor thrust loads during operation is used. .
[0064]
That is, in the gas compressor of the present embodiment, the end surface of the rotor 8 and the inner surface of the front side block 5 facing the rotor 8 are magnetized, whereby the end surface of the rotor 8 and the front side block 5 facing the end surface of the front side block 5 are magnetized. The inner surface is repelled by the mutual magnetic force.
[0065]
Here, the strength (magnitude) of the repulsive magnetic force as described above is the product of the area of the rear side 7R end surface of the rotor shaft 7 and the oil pressure in the rear back pressure space 37, and the armature 15 of the electromagnetic clutch 14. Is equivalent to the difference from the spring force of the spring member 16 when the is pulled toward the pulley 18 side. As a result, the difference between the rotor thrust load that presses the rotor 8 toward the front side block 5 and the rotor thrust load that presses the rotor 8 toward the rear side block 6 becomes zero, so that the load balance is achieved and the rotor 8 is neutral. Held in position.
[0066]
Various means for magnetizing the end face of the rotor 8 are conceivable. In the present embodiment, as the rotor end face magnetizing means, a structure is adopted in which a permanent magnet 39 is embedded on the end face side of the rotor 8 to be magnetized and only the end face side of the rotor 8 is locally magnetized by the permanent magnet 39. Yes. In this structure, the permanent magnet 39 is provided in an annular shape around the rotor shaft 7. This is to make the magnetic force coming out of the end face of the rotor 8 uniform.
[0067]
As a structure in which the permanent magnet 39 is annularly arranged around the rotor shaft 7, in addition to the structure using the ring-shaped permanent magnet 39 as shown in FIG. 2, small pieces 39-1 to 39- of the permanent magnet 39 as shown in FIG. 5 may be installed between the vane grooves, and these small pieces 39-1 to 39-5 may be arranged annularly around the rotor shaft 7 as a whole. However, any structure may be adopted.
[0068]
Further, the ring-shaped permanent magnet 39 shown in FIG. 2 and the small pieces 39-1 to 39-5 of the permanent magnet 39 shown in FIG. 5 are all arranged close to the circumferential surface of the rotor 8. . This is to increase the stability of balancing the rotor thrust load and to obtain a stable rotation of the rotor 8 by constructing the repulsive magnetic force in a wide range around the rotor shaft 7. .
[0069]
Various means for magnetizing the inner surface of the front side block 5 are also conceivable. In the present embodiment, as the front side block inner surface magnetizing means, a structure in which the electromagnet 40 repelling the permanent magnet 39 on the rotor 8 side as described above is built in the front side block 5 is adopted. In this structure, as shown in FIG. 3, the electromagnet 40 is provided in an annular shape around the rotor shaft 7 in the same manner as the permanent magnet 39 on the rotor 8 side. This is for the purpose of making the magnetic force emitted from the inner surface of the front side block 5 uniform.
[0070]
In the case of the gas compressor of the present embodiment, the magnetic force of the electromagnet 40 built in the front side block 5 is adjusted and controlled based on the pressure in the rear back pressure space 37 as described above. This adjustment / control is performed by a control means 45 including an intermediate pressure introduction pipe 41, a pressure / voltage converter 42, a voltage calculation means 43, and a voltage supply means 44.
[0071]
The intermediate pressure introducing pipe 41 has a structure for guiding the pressure in the rear back pressure space 37 to the pressure-voltage converter 42 side. The pressure-voltage converter 42 converts the pressure in the rear back pressure space 37 introduced through the intermediate pressure introduction pipe 41 into a voltage. This converted voltage is proportional to the pressure in the rear back pressure space 37. Therefore, the converted voltage by the pressure / voltage converter 42 indicates the current pressure in the rear back pressure space 37.
[0072]
The voltage calculation means 43 opposes the repulsive magnetic force necessary for balancing the rotor thrust load, that is, the end face of the rotor 8 based on the converted voltage (current pressure of the rear back pressure space 37) by the pressure-voltage converter 42. While calculating | requiring the repulsive magnetic force between the inner surfaces of the front side block 5 to perform, the excitation voltage of the electromagnet 40 required in order to obtain the repulsive magnetic force is calculated. The voltage supply means 44 excites the electromagnet 40 based on the excitation voltage value obtained as a result of calculation by the voltage calculation means 43.
[0073]
The control means 45 having the above structure starts operating simultaneously with the start of operation of the gas compressor.
[0074]
As shown in FIG. 4, when the control means 45 is operated (step 100), the pressure in the rear back pressure space 37 is introduced to the pressure / voltage converter 42 side through the intermediate pressure introduction pipe 41, and this pressure / voltage converter 42 is introduced. The current pressure in the rear back pressure space 37 is detected as a voltage (step 101). At this time, for example, when the pressure in the rear back pressure space 37 is an intermediate oil pressure, the repulsive magnetic force required to balance the rotor thrust load at the intermediate oil pressure is obtained. The excitation voltage of the electromagnet 40 necessary for obtaining the repulsive magnetic force is calculated (step 102). This processing operation is performed by the voltage calculation means 43.
[0075]
Next, the voltage supply means 44 excites the electromagnet 40 based on the excitation voltage obtained as a result of the calculation by the voltage calculation means 43 (step 103). Due to the excitation of the electromagnet 40, a repulsive magnetic force necessary for balancing the rotor thrust load is generated between the end surface of the rotor 8 and the inner surface of the front side block 5 facing the rotor 8. Held in a neutral position.
[0076]
Therefore, according to the gas compressor of the present embodiment employing the control means 45, even if the pressure in the rear back pressure space 37 changes, an appropriate balance of the rotor thrust load according to the pressure in the rear back pressure space 37 is achieved. Taking is done.
[0077]
By the way, the reason why the electromagnet 40 on the side of the front side block 5 is controlled based on the pressure in the rear back pressure space 37 as described above is that the pressure in the rear back pressure space 37 changes. This is because it is necessary to appropriately balance the rotor thrust load by changing the repulsive magnetic force between the inner surface of the front side block 5 facing this.
[0078]
That is, the force acting on the rotor 8 as a rotor thrust load that presses the rotor 8 toward the rear side block 6 is uniquely determined by the spring force of the spring member 16 when the armature 15 of the electromagnetic clutch 14 is pulled toward the pulley 18 side. It is determined and is considered to be substantially constant.
[0079]
On the other hand, the rotor thrust load (oil pressure in the rear back pressure space 37) that presses the rotor 8 toward the front side block 5 is generated based on the pressure in the discharge chamber 32. It changes in conjunction. For example, when the gas compressor is started, the amount of high-pressure refrigerant gas discharged into the discharge chamber 32 is small and the pressure in the discharge chamber 32 is low, so the oil pressure in the rear back pressure space 37 is also low. During steady operation after a little time has elapsed since startup, the amount of high-pressure refrigerant gas discharged to the discharge chamber 32 increases and the pressure in the discharge chamber 32 increases to a predetermined pressure. The oil pressure of 37 also increases.
[0080]
Therefore, the oil pressure in the rear back pressure space 37 changes between the start of the gas compressor and the steady operation, and thus the rotor thrust load that presses the rotor 8 toward the front side block 5 changes. In order to balance the rotor thrust load and keep the rotor 8 in the neutral position at all times under any operating condition of the gas compressor, the thrust balancing force, that is, the end face of the rotor 8 It is necessary to appropriately change the repulsive magnetic force generated between the front side block 5 and the inner surface of the front side block 5 facing this.
[0081]
From this point of view, in the gas compressor of the present embodiment, the repulsive magnetic force is adjusted and controlled based on the oil pressure in the rear back pressure space 37, so that the gas compressor can be started and in steady operation. Thus, the rotor thrust load balance is appropriately taken so that the rotor 8 is always held in the neutral position.
[0082]
Especially R410A and CO as refrigerant ₂ When a high-pressure refrigerant such as the above is used, the pressure in the discharge chamber 32 becomes higher than that of a refrigerant that is normally used, and the oil pressure in the rear back pressure space 37 increases accordingly. For this reason, the oil pressure in the rear back pressure space 37, that is, the rotor thrust load that presses the rotor 8 toward the front side block 5 is larger than that in the case of using a normal refrigerant, and thus the rotor thrust load increased. Thus, the rotor 8 tends to be pressed against the front side block 5 side. However, in the case of the gas compressor of the present embodiment, the force for balancing the rotor thrust load, that is, the rotor 8 is adjusted by the adjustment / control of the electromagnet 40 based on the oil pressure in the rear back pressure space 37 as described above. Since the repulsive magnetic force generated between the end surface and the inner surface of the front side block 5 opposed to the end surface also increases, the end surface of the rotor 8 is not strongly pressed against the inner surface of the front side block 5 due to the repulsive magnetic force. 8 can rotate stably while being held in the neutral position.
[0083]
According to the gas compressor of the above embodiment, the end surface of the rotor 8 and the inner surface of the front side block 5 facing the rotor 8 repel each other by the mutual magnetic force, and the rotor 8 is pressed toward the rear side block 6 by the repulsive magnetic force. The rotor thrust load that balances the rotor thrust load that presses the rotor 8 toward the front side block 5 is employed. For this reason, for example, R410A and CO ₂ Even when a high-pressure working refrigerant gas such as the above is used, the balance of the rotor thrust load can be properly maintained by the repulsive magnetic force, and the rotor 8 can be held at the neutral position. Therefore, the rotor 8 is not biased toward the front side block 5 side, and problems due to the pressing, for example, power loss and wear of the rotor 8 or the front side block 5 can be reduced. Furthermore, the fact that the neutral position of the rotor 8 is maintained makes it possible to reliably maintain the initial set value of the rotor side clearance, which is effective in reducing so-called internal leaks and improving device performance. Can also be planned. Reduction of power loss contributes to global environmental conservation through reduction of energy consumption.
[0085]
In the above embodiment, a structure using the repulsive magnetic force between the electromagnet 40 on the front side block 5 side and the permanent magnet 39 on the rotor 8 side is adopted as a means for balancing the rotor thrust load. A structure in which the electromagnet 4 on the side block 5 side is a permanent magnet may be employed. In the case of this structure, the rotor thrust load is balanced by the repulsive magnet of the permanent magnet (not shown) on the front side block 5 side and the permanent magnet on the rotor 8 side, whereby the rotor 8 is held in the neutral position. Shall.
[0086]
In the above embodiment, the permanent magnet 39 is provided on the end face side of the rotor 8. The Although a structure in which only the end face side of the rotor 8 is made permanent magnets by a method such as embedding is adopted, instead of this, even if a structure in which the entire rotor 8 is made permanent magnets is adopted, it is equivalent to the above embodiment. The following effects can be obtained. Further, in the embodiment, a method such as installing the electromagnet 40 or the permanent magnet inside the front side block 5 is adopted, but instead, the entire front side block 5 is constituted by a permanent magnet, or You may employ | adopt the structure where only the inner surface side of the front side block 5 is magnetized by the magnetic force of a permanent magnet or an electromagnet.
[0087]
【The invention's effect】
In the gas compressor according to the present invention, as described above, the rotor end surface and the inner surface of the front side block facing the rotor are repelled by the mutual magnetic force to balance the rotor thrust load during operation. Is adopted. For this reason, for example, R410A and CO ₂ Even when a high-pressure working refrigerant such as the above is used, the balance of the rotor thrust load can be properly maintained by the repulsive magnetic force, and the rotor can be held in the neutral position. Therefore, the rotor is not biased toward the front side block side, and problems due to the pressing, for example, power loss and wear of the rotor or front side block can be reduced, and internal leakage can also be reduced. There is also an improvement in equipment performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a gas compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the control means in the gas compressor of FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention taken along the line BB in FIG. 1;
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional gas compressor.
7 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Compressor case
2 Compression mechanism
3 Front head
4 cylinders
4F front side of cylinder
4R Rear side of cylinder
5 Side block (front side block)
5-1 Suction port
6 Side block (Rear side block)
7 Rotor shaft (rotating shaft)
7F Front side of rotor shaft
7R Rear side of rotor shaft
8 Rotor
9, 10 Bearing hole
11 Boss
12 Through hole
13 Seal member
14 Electromagnetic clutch
15 Amateur
16 Spring member
17 Driven shaft
18 pulley
19 Bearing
20 Clutch electromagnet
21 Vane Groove
22 Vane
23 Cylinder chamber
24 Compression chamber
25 Suction chamber
26 Suction passage
27 Discharge chamber
28 Cylinder discharge hole
29 Discharge valve
30 Discharge passage
31 Oil separator
32 Discharge chamber
33 Separation filter
34 Oil sump
35 High-pressure oil supply hole
36 Sarai Groove
37 Rear back pressure space
38 Medium pressure oil supply hole
39 Permanent magnet
40 electromagnet
41 Medium pressure inlet pipe
42 Pressure voltage converter
43 Voltage calculation means
44 Voltage supply means
45 Control means

Claims

A cylinder,
A front side block attached to the front side end face of the cylinder;
A rear side block attached to the rear side end face of the cylinder;
A rotor housed rotatably in the cylinder;
A rotor support structure for supporting the rotating shaft of the rotor by bearing holes provided in the front side block and the rear side block;
A vane that is provided so as to be able to protrude from the outer peripheral surface of the rotor toward the inner peripheral surface of the cylinder, and that partitions a cylinder chamber formed by a gap space between the cylinder and the rotor into a plurality of small chambers;
A compression chamber having a structure in which a plurality of small chambers partitioned by the vanes are repeatedly changed in volume by rotation of the rotor, and refrigerant gas is sucked, compressed, and discharged by the volume change;
Load balancing means for balancing the rotor thrust load during operation by repelling the end surface of the rotor and the inner surface of the front side block facing the rotor by mutual magnetic force ;
An electromagnetic clutch coupled to the front end of the rotor shaft is provided,
The rear end of the rotor shaft is surrounded by a wall surface including the end surface of the rotor shaft, and a rear back pressure space for supplying medium pressure oil as vane back pressure is provided at the bottom of the vane. ,
The load balancing means is
The rotor has a structure in which only the end face side of the rotor or the entire rotor is a permanent magnet, and an electromagnet repelling the rotor side permanent magnet is provided on the front side block side,
A control means for detecting an intermediate oil pressure of the rear back pressure space and controlling the electromagnet based on the detection result;
The repulsive magnetic force between the electromagnet and the permanent magnet acts on the rotor as a rotor thrust load that presses the rotor toward the front side block, and the rotor pressure is applied to the rotor in the rear back pressure space. A gas compressor characterized in that it is means for balancing the armature of the electromagnetic clutch acting on the rotor as a rotor thrust load to be pressed against the spring force when the armature is pulled toward the pulley .