JP4720649B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング内に電動機と圧縮機構とを備える電動圧縮機に関し、特に電動圧縮機における軸受部の潤滑の改善に関する。

従来より電動圧縮機の内部には、その軸受部を適切に滑動させるために潤滑油が供給される。そのような電動圧縮機として、潤滑油を電動圧縮機内で繰り返し循環させる構成のものが知られている。これは圧縮機構から吐出された圧縮後の高圧冷媒を外郭ハウジング内に充満させる一方で、冷媒とともに圧縮機構から吐出された潤滑油を外郭ハウジングの下部に貯め、その潤滑油を圧縮機構の軸受け部に送油する。その潤滑油を送油する構成としては、オイルポンプを用いて圧送するものや、圧縮前の低圧冷媒が位置する低圧室と高圧となっている潤滑油が貯められた部位との圧力差により供給するものが知られている。

図４は、低圧シェル式横型電動圧縮機における潤滑油の圧力差による循環を説明する概念図である。１は電動機（モータ）が配置されている電動機部であり、２は圧縮機構部であり、３はオイル分離部であり、４は高圧側貯油室である。この場合、電動機部１は低圧室となっており、圧縮機構部２も吸入側は低圧であり、オイル分離部３が高圧室となっている。図４において、Ｑ_Sは、冷凍サイクル系から電動圧縮機に冷媒ガスと共に吸入される潤滑油の量又は冷凍サイクル系へ電動圧縮機から圧縮された冷媒ガスと共に吐出される潤滑油の量であり、Ｑ_Bはオイル分離部３で分離された潤滑油の量であり、Ｑ_Cはオイル分離部３の高圧側貯油室４から送出される潤滑油の量であり、Ｑ_Mは高圧側貯油室４から各潤滑部位（軸受等）を経て電動機部１に送出される潤滑油の量であり、Ｑ_M′は電動機部１内から圧縮機構部２内に吸入される潤滑油の量であり、またＱ_Pは高圧側貯油室４から各潤滑部位を経て圧縮機構部２内に吸入される潤滑油の量である。

この場合、オイル分離部３の分離効率η_Sとすると、上記した油量の関係は以下の式（１），（２）で表わされる。
Ｑ_B＝（Ｑ_S＋Ｑ_M′＋Ｑ_P）×η_S …… （１）
Ｑ_C＝Ｑ_M＋Ｑ_P …… （２）
ここで、油量Ｑ_Cは、電動圧縮機内の高圧側であるオイル分離部３と低圧側である電動機部１及び圧縮機構部２の吸入側との高低圧差によって決まるので、高差圧時には、油量Ｑ_Cは多量となり、小差圧時には、油量Ｑ_Cは少量となる。

そこで、Ｑ_B＞Ｑ_Cとなるようにオイル分離部３の分離効率η_Sを設計しているが、電動圧縮機を定常運転から高差圧運転に急に変化して潤滑油の油量Ｑ_Cを増加した際に、油量Ｑ_M′に応答遅れが生じると分離される油量Ｑ_Bが減って、高圧側貯油室４の油面が減って、ホットガスバイパスしてしまうという問題がある。
また、逆に電動圧縮機を高差圧運転から低差圧運転にすると、潤滑油の送油量Ｑ_Cが減って高圧側貯油室４の油面が上昇しオーバーフローして、冷凍サイクル系へと潤滑油が流出してしまうという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動圧縮機の運転の変化に拘らず、応答遅れなく潤滑油の環流を釣り合わすことができ、オイル分離機構の安定化及び高圧側貯油室の油面の安定化を図ることができると共に、耐久性及び信頼性を向上できる電動圧縮機を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の電動圧縮機を提供する。
請求項１に記載の電動圧縮機は、ハウジング１１内に、主軸４０を回転駆動する電動機部３０と、主軸４０が連結された可動部材２２が作動することで、吸入室２６を介して圧縮室２５へ導入された冷媒を圧縮する圧縮機構部２０と、主軸４０の電動機部側を回転可能に軸支する副軸受部６０と、主軸４０の圧縮機構部側を回転可能に軸支する主軸受部５０と、ハウジング１１内の電動機部３０に設けられた低圧側油溜り１９と、圧縮機構部２０の吐出室２７内に設けられる気液分離部２８の高圧側貯油室２９と、を備えていて、主軸受部５０及び副軸受部６０に高圧側からオイルを強制的に圧送するものにおいて、低圧側油溜り１９と吸入室２６との間を連通する、上下方向に高さ位置が異なる複数の戻し穴２１ｂを多段に設けるようにしたものである。これにより、電動機部３０の低圧側油溜り１９へ流入するオイルが増加すれば油面が上昇して戻し穴２１ｂから吸入室２６へと戻す量も増加して、応答遅れなくオイルの環流を釣り合わすことができ、オイル分離機構の安定化及び高圧側貯油室２９の油面の安定化を図ることができる。このことは、電動圧縮機の耐久性及び信頼性を向上する。

請求項２の電動圧縮機は、戻し穴２１ｂの開口面積を上下段で変えたものであり、これにより、低圧側油溜り１９から吸入室２６へのオイルの戻り量をより精度良く変えることができる。
請求項３の電動圧縮機は、主軸４０を横置のものに限定したものである。
請求項４に記載の電動圧縮機は、ハウジング１１内に収容され、潤滑油を含む流体を圧縮する圧縮機構部２０と、ハウジング１１内に収容され、圧縮機構部２０を駆動する電動機部３０と、圧縮機構部２０によって圧縮された流体から潤滑油を分離する油分離手段２８と、油分離手段２８によって分離された潤滑油を、減圧手段７１を介して電動機部３０に導く第１潤滑油通路と、電動機部３０に導かれた潤滑油を圧縮機構部２０の流体吸入口に導く第２潤滑油通路とを備えているものであって、この第２潤滑油通路は、上下の位置が異なる複数の潤滑油入口を備えている。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の電動圧縮機について説明する。以下の説明においては、本発明をスクロール型圧縮機に具体化させた実施形態に基づいて説明するが、本発明はスクロール型に限定されるものではなく他の回転式の圧縮機にも適用できるものである。図１は、本発明の実施の形態の電動圧縮機の断面図であり、高差圧時の状態を示している。

電動圧縮機１０は、密閉容器としての外郭ハウジング１１と、この外郭ハウジング１１内に収容された圧縮機構部２０、及び電動機部３０とから構成されている。この電動圧縮機１０は、横置きの電動圧縮機とされ、図１において下面が設置面とされ、右側に圧縮機構部２０が左側に電動機部３０が配置され、両者は、主軸としてのシャフト４０によって接続されている。そして電動機部３０により圧縮機構部２０が駆動されるようになっている。

外郭ハウジング１１は、円筒状の本体ハウジング１２、前部ハウジング１３及び後部ハウジング１４とから構成されている。これらのハウジング１２，１３，１４が固着されて、外郭ハウジング１１内には密閉された空間が形成されるようになっている。本体ハウジング１２には、圧縮機構部２０の吸入室に接続する吸入パイプ１５と、同じく圧縮機構部２０の吐出部に接続する吐出パイプ１６とが設けられている。この吸入パイプ１５から冷凍サイクルからの低圧の冷媒及び低温のオイル（潤滑油）とが混合したガスが、外郭ハウジング１１内に流入するようになっている。

電動機部３０は、主軸としてのシャフト４０に固定される回転子３１と、この回転子３１の外周側に配置される固定子３２とから構成されている。固定子３２は、本体ハウジング１２の内周面に焼嵌め又は圧入により固着されている。この電動機部３０には、図示しない外部電源から電力が供給されるようになっており、これにより回転子３１が回転駆動され、それとともにシャフト４０も回転駆動するようになっている。

圧縮機構部２０は、センタケーシング２１と、可動部材としての旋回スクロール部材２２、固定スクロール部材２３及び後部ケーシング２４を備えている。センタケーシング２１は、本体ハウジング１２の内周面に焼嵌め又は圧入により固着されている。センタケーシング２１の中心部には、シャフト４０を貫挿する孔が設けられており、この孔に軸受が固定されて、シャフト４０を回転可能に軸支する主軸受部５０となっている。一方、本体ハウジング１２の電動機部側には、シャフト４０を支持するための支持部材１７が本体ハウジング１２の内周面に固定されており、この支持部材１７の中央部には、芯出し部材１８が固着されている。芯出し部材１８の中央部にもシャフト４０を貫挿する孔が設けられ、この孔に軸受が固定されてシャフト４０を回転可能に軸支する副軸受部６０となっている。

シャフト４０内には、内部を軸方向に貫通しているオイル通路４１が設けられていると共に、シャフト４０の先端には、シャフト４０の中心軸から偏心したクランク部４２が設けられていて、このクランク部４２が旋回スクロール部材２２に連結されることで、シャフト４０の回転に伴なって、旋回スクロール部材２２が偏心回転運動をするようになっている。

旋回スクロール部材２２は、略円形をした旋回スクロール端板部２２ａと、この端板部２２ａの片側に形成され、円筒形状をしたボス部２２ｃと、このボス部２２ｃが形成されている端板部２２ａの他面側に形成されている渦巻き形状をした旋回スクロール羽根部２２ｂとからなる。ボス部２２ｂには、軸受が圧入固定されていてシャフト４０のクランク部４２に回転自在に支持されている。

旋回スクロール部材２２に対して偏心した位置で対向して、回転方向に１８０度ずらして噛み合う固定スクロール部材２３が設けられ、この固定スクロール部材２３はボルト等によりセンタケーシング２１に固定されている。固定スクロール部材２３は、略円形をした固定スクロール端板部２３ａと、旋回スクロール羽根部２２ｂと略同形状をした渦巻状の固定スクロール羽根部２３ｂとからなり、この旋回スクロール羽根部２２ｂと相対するように組み付けられる。旋回スクロール羽根部２２ｂと固定スクロール羽根部２３ｂとが噛み合うことによって、それらの渦巻状の羽根部２２ｂ，２３ｂ間に冷媒を取り込んで圧縮する三日月状の作動室（圧縮室）２５が複数個形成されるが、２つのスクロール部材２２，２３の共通の中心部領域には、圧縮された冷媒の圧力が最も高くなる高圧作動室（圧縮室）が１つだけ形成される。この固定スクロール端板部２３ａの略中央には、高圧作動室から圧縮された冷媒を吐出するための吐出口２３ｃが形成されている。

固定スクロール部材２３と旋回スクロール部材２２の２つの渦巻状の羽根部２３ｂ，２２ｂとが噛み合わされた外周側に位置する固定スクロール部材２３に吸入室２６が形成されている。この吸入室２６は吸入パイプ１５に接続していて、この吸入パイプ１５が図示しない冷凍サイクルの低圧側と接続している。

固定スクロール部材２３の羽根部２３ｂと反対側には、吐出室２７を形成する後部ケーシング２４が設けられている。この後部ケーシング２４はボルト等によりセンタケーシング２１に固定されている。吐出室２７は、吐出口２３ｃを介して高圧作動室（圧縮室）２５と連通している。吐出室２７にはリード弁２７ａが設けられている。このリード弁２７ａは吐出室２７側に開く構成とされており、吐出室２７内の高圧冷媒が作動室２５に逆流することを防止する弁である。

更に吐出室２７内にはオイル分離部２８が設けられており、このオイル分離部２８の下部には高圧側貯油室２９が設けられている。したがって、吐出室２７内に吐出された、冷媒とオイルとが混合した高圧吐出ガスはオイル分離部２８によって高圧冷媒ガスと高温のオイル（潤滑油）として分離され、高圧冷媒ガスは吐出管１６より図示しない冷凍サイクルの高圧側へと送られ、高温のオイルは高圧側貯油室２９内に一時的に貯溜する。

一方、外郭ハウジング１１内をセンタケーシング２１によって仕切られた、電動機部３０が収容された密閉空間Ｓ内の下部には、低圧側油溜り１９が形成されている。冷媒ガスの吸入室２６は、センタケーシング２１に設けた連通孔２１ａによって低圧側油溜り１９が形成されている低圧側の密閉空間Ｓと連通している。また、支持部材１７には、複数の連通孔１７ａが設けられていて、低圧側油溜り１９が連通するようになっている。

次に本実施形態の特徴とする構成について説明する。
固定スクロール部材２３及び旋回スクロール部材２２には、高圧側貯油室２９内のオイルを旋回スクロール部材２２のボス部２２ｃ内の底部空間２２ｄへと導入する給油通路７０が形成されている。この給油通路７０には絞り部７１が設けられている。ボス部２２ｃ内の底部空間２２ｄに達したオイルは、シャフト内をオイル通路４１を介して主軸受部５０及び副軸受部６０に供給された後に低圧側油溜り１９に回収されるか、或いはオイル通路４１を通ってそのまま低圧側油溜り１９に回収される。なお、ボス部２２ｃの底部空間２２ｄ内のオイルの一部は、シャフト４０のクランプ部４２とボス部２２ｃとの間に介在する軸受にも供給される。

即ち、シャフト４０の主軸受部５０と対応する部位には、オイル通路４１に連通する径方向の孔４３が穿設されている。従って、オイル通路４１内を流れるオイルの一部は、孔４３を通って主軸受部５０に供給される。こうして主軸受部５０の軸受を潤滑したオイルは、シャフト４０とセンタケーシング２１との微小な間隙から低圧側油溜り１９に流下する。同様にシャフト４０の副軸受部６０と対応する部位にも、オイル通路４１に連通する径方向の孔４４が穿設されている。従って、オイル通路４１内を流れるオイルの一部は、孔４４を通って副軸受部６０に供給される。こうして副軸受部５０の軸受を潤滑したオイルは、シャフト４０と芯出し部材１８との微小な間隙から低圧側油溜り１９に流下する。

本実施形態では、電動機部３０の低圧側油溜り１９と圧縮機構部２０の吸入室２６とを連通する複数の戻し穴２１ｂをセンタケーシング２１に上下方向に多段に形成している。図３（ａ）〜（ｄ）は、戻し穴２１ｂの例を示すものであり、（ａ）は径の等しい複数の戻し穴２１ｂを縦一列に配置した例であり、（ｂ）は径の等しい複数の戻し穴２１ｂを千鳥状に配置した例であり、（ｃ）は径の異なる複数の戻し穴２１ｂを縦一列に配置し、上側に配置された戻し穴２１ｂ程その径を大きくした例であり、（ｄ）は径の等しい複数の戻し穴２１を複数列縦に並べて配置し、上側の列ほど穴の個数を多くした例である。また戻し穴２１ｂを千鳥状に配置すると共に、上下段でその開口面積を変えてもよい。更には、戻し穴２１ｂの形状を円形の外に、三角形、四角形、多角形、楕円形等の形状にしてもよい。このように、多段で複数の戻し穴２１ｂは、その配置、数、開口面積及び形状等を適宜変えることができるものである。

次に上記のように構成された電動圧縮機１０の作動について説明する。電動機部３０に外部から電力が供給されると、回転子３１が回転駆動し、それに伴いシャフト４０が回転する。このシャフト４０が回転することに伴いシャフト４０の先端のクランク部４２が所定の偏心量をもってシャフト４０のまわりを回転し、クランク部４２に連結された旋回スクロール部材２２は旋回する。これにより、圧縮機構部２０の圧縮作用が行われる。

圧縮機構部２０の作動に伴う冷媒及びオイル（潤滑油）の流れは以下のように行われる。
まず、圧縮機構部３０の作動により、外部の冷凍サイクル系から吸入パイプ１５を介して圧縮機構部２０の吸入室２６内に低圧の冷媒と低温のオイルＱ_Sの混合ガスが流入する。なお、このとき電動機部３０内の密閉空間Ｓ及び低圧側油溜り１９等からセンタケーシング２１の連通孔２１ａや戻し穴２１ｂを通して冷媒及びオイル（Ｑ_M′＋Ｑ_P）が吸入室２６内に流入する。なお、吸入パイプ１５等から流入する冷媒は原則として気体であり、本発明においては、冷媒として好適にはＣＯ₂が使用される。この混合ガスは、圧縮機構部２０の作動室２５内に入り圧縮された後に吐出口２３ｃから高温高圧圧縮混合ガスとして吐出室２７内に吐出される。なお、吸入室２６内の混合ガスは、一部はセンタケーシング２１の連通孔２１ａを通って低圧側密閉空間Ｓ内に流入する。

吐出室２７内の圧縮された高温高圧混合ガスは、オイル分離部２８によって高圧の冷媒ガスと高温のオイルＱ_Bとに分離され、高圧の冷媒ガスは吐出管１６から外部の冷凍サイクル系に送られる。なお、高圧の冷媒ガス中には、分離しきれなかった高温のオイルＱ_Sが一部含まれていて、冷媒ガスと一緒になって外部の冷凍サイクル系に送られている。一方、高温のオイルは高圧側貯油室２９に一時的に貯溜され、その後このオイルＱ_Cは給油通路７０を通って、旋回スクロール部材２２のボス部２２ｃの底部空間２２ｄに入る。オイルＱ_C一部Ｑ_Pは、この底部空間２２ｄからシャフト４０のクランク部４２とボス部２２ｃとの間に介在する軸受等を潤滑した後に吸入室２６内に戻される。

残りのオイルＱ_Mは、その一部がシャフト４０のオイル通路４１を経て孔４３から主軸受部５０に供給され、他の一部がオイル通路４１を経て孔４４から副軸受部６０に供給され、残りがオイル通路４１を通ってそのまま低圧側油溜り１９に流下する。主軸受部５０及び副軸受部６０に供給されたオイルは、それらの軸受を潤滑した後同様に低圧側油溜り１９に流下する。低圧側油溜り１９のオイルは、センタケーシング２１の戻し穴２１ｂを通って吸入室２６に環流Ｑ_M′する。

図１は、高差圧時のオイルの状態を示し、図２は、低差圧時のオイルの状態を示している。電動圧縮機１０が高差圧運転に変えられると、高圧貯油室２９から低圧側（電動機部及び吸入室側）への供給オイルＱ_Cの流れが多くなる。これに対して、低圧側油溜り１９からのオイル環流（戻り量）Ｑ_M′が増加しないと、高圧貯油室２９内の油面が低下し、低圧側油溜り１９の油面が上昇する。本実施形態では、複数の戻し穴２１ｂが上下に多段に設けてあるので、図１に示すように低圧側油溜り１９の油面の上昇に従って、環流のための戻し穴２１ｂの総開口面積が増加するようになっており、低圧側油溜り１９から吸入室２６へのオイルの戻し量Ｑ_M′を増加することができる。
従って、高圧側貯油室２９の油面の低下を防止することができ、オイルの供給Ｑ_Cと戻り量Ｑ_M′とを釣り合わせることができる。

また、図２に示すように電動圧縮機１０が低差圧運転に変えられ、高圧貯油室２９から低圧側への供給オイルＱ_Cの流量が減るのに対して、低圧側油溜り１９からのオイルの環流（戻り量）Ｑ_M′が変らないと、高圧側貯油室２９内の油面が上昇し、低圧側油溜り１９の油面が低下する。しかしながら、本実施形態では、複数の戻し穴２１ｂが上下に多段に設けてあるので、図２に示すように低圧側油溜り１９の油面が低下するに従って、環流のための戻し穴２１ｂの総開口面積が減少するようになっており、低圧側油溜り１９から吸入室２６へのオイルの戻し量Ｑ_M′を少なくすることができる。従って、高圧側貯油室２７内の油面の増加を防止することができ、オイルの供給Ｑ_Cと戻り量Ｑ_M′とを釣り合わせることができる。
尚、本発明では冷媒の吸入をスクロール部への直接吸入としたが、モータ室（電動機室）へ吸入させても同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態の電動圧縮機の断面図であり、高差圧時の状態を示している。 低差圧時の状態の電動圧縮機の断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は正面からみた戻り穴の各実施例を示している。 低圧シェル式横型電動圧縮機における潤滑油の圧力差による循環を説明する概念図である。

符号の説明

１０ 電動圧縮機
１１ 外郭ハウジング（密閉容器）
１９ 低圧側油溜り
２０ 圧縮機構部
２１ センタケーシング
２１ａ 連通孔
２１ｂ 戻し穴
２２ 旋回スクロール部材（可動部材）
２３ 固定スクロール部材
２４ 後部ケーシング
２５ 作動室（圧縮室）
２６ 吸入室
２７ 吐出室
２８ オイル分離部
２９ 高圧側貯油室
３０ 電動機部
３１ 回転子
３２ 固定子
４０ シャフト（主軸）
４１ オイル通路
５０ 主軸受部
６０ 副軸受部
７０ 給油通路

Claims (4)

1. ハウジング（１１）内に、
   主軸（４０）を回転駆動する電動機部（３０）と、
   前記主軸（４０）が連結された可動部材（２２）が作動することで、吸入室（２６）を介して圧縮室（２５）へ導入された冷媒を圧縮する圧縮機構部（２０）と、
   前記主軸（４０）の電動機部側を回転可能に軸支する副軸受部（６０）と、
   前記主軸（４０）の圧縮機構部側を回転可能に軸支する主軸受部（５０）と、
   前記ハウジング（１１）内の前記電動機部（３０）に設けられた低圧側油溜り（１９）と、
   前記圧縮機構部（２０）の吐出室（２７）内に設けられるオイル分離部（２８）の高圧側貯油室（２９）と、
   を備えていて、前記主軸受部（５０）及び前記副軸受部（６０）に高圧側からオイルを強制的に圧送する電動圧縮機（１０）において、
   前記低圧側油溜り（１９）と前記吸入室（２６）との間を連通する、上下方向に高さ位置が異なる複数の戻し穴（２１ｂ）を多段に設けることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記戻し穴（２１ｂ）の開口面積を上下段で変える請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記主軸（４０）が横置となる請求項１又は２の電動圧縮機。
4. ハウジングと、
   前記ハウジング内に収容され、潤滑油を含む流体を圧縮する圧縮機構部と、
   前記ハウジング内に収容され、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、
   前記圧縮機構部によって圧縮された流体から潤滑油を分離する油分離手段と、
   前記油分離手段によって分離された潤滑油を、減圧手段を介して前記電動機部に導く第１潤滑油通路と、
   前記電動機部に導かれた潤滑油を圧縮機構部の流体吸入口に導く第２潤滑油通路と
   を備える電動圧縮機において、
   前記第２潤滑油通路は、上下の位置が異なる複数の潤滑油入口を備えることを特徴とする電動圧縮機。

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