JP4743377B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機などの冷凍サイクルに用いられるスクロール圧縮機に関し、さらに詳しくいえば、モータの冷却性能を改善したスクロール圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
スクロール圧縮機の一例を図16に示す。このスクロール圧縮機1は、内部がメインフレーム4によって圧縮室21と電動機室22とに区画された密閉容器2を備え、圧縮室21側に固定スクロール31および旋回スクロール32からなる冷媒圧縮部3が収納され、電動機室22内に旋回スクロール32を回転させる回転駆動軸5を有する電動機6が収納されている。密閉容器2の底部には潤滑油Oが貯留されている。
【0003】
このスクロール圧縮機1は、冷媒圧縮部3で生成された高圧冷媒を一旦電動機室22内を通してから冷凍サイクルに送り出す、いわゆる内部高圧型のスクロール圧縮機であり、生成された高圧冷媒は、密閉容器2外に設けられた高圧冷媒通路(パイプ)23を通って電動機室22の下部側空間へと運ばれ、モータ6を通って冷媒吐出管24から冷凍サイクルに送り出される。
【0004】
また、モータ6はそれ自体の発熱によって温度が上昇する。そこで、このスクロール圧縮機1では、モータ6のステータ61の外周面に切欠部611を設けている。これにより、下部空間に導入された冷媒は、切欠部611およびステータ61とロータ62の間隙を通って冷媒吐出管24に導かれることとなり、発熱したモータを強制的に冷却している。これと同じような構成は、例えば特開平7−317672号公報にも例示されている。
【0005】
ところで、密閉容器2の底部に貯留された潤滑油Oは、回転駆動軸5内の潤滑油供給孔51を通って軸受摺動部42に供給された後、仕事を終えた潤滑油Oは、メインフレーム4の軸受や高圧冷媒とともに電動機室22内に戻され、モータ6のステータ61外周面に形成された切欠部611を通って、再び密閉容器2の底部に貯留される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した高圧冷媒通路23を電動機室22の下側空間に配置した場合、切欠部611を上から下に流れる潤滑油Oと、下から上に流れる高圧冷媒とがぶつかり合うこととなり、潤滑油Oの戻りが妨げられるおそれがある。潤滑油Oの戻りが妨げられると、密閉容器2底部に十分な潤滑油Oが貯留されず、軸受摺動部42の潤滑不良を起こすおそれがあった。
【0007】
そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、潤滑油の流れを妨げることなく、モータを効率的に冷却することができるスクロール圧縮機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明は、密閉容器内がメインフレームを挟んで圧縮室と電動機室とに区画され、上記圧縮室が上記密閉容器の上部側に配置され、上記電動機室が上記密閉容器の下部側に配置されており、上記電動機室内がモータを介して実質的に連通するモータ上部空間とモータ下部空間とに区画され、上記モータ下部空間内に貯留されている潤滑油が上記モータの回転駆動軸に設けられている潤滑油供給孔を介して上記圧縮室側に汲み上げられ所定の軸受摺動部分を潤滑したのち、上記モータのステーターの外周面に形成されている第1連通手段を介して 上記モータ下部空間に戻されるとともに、上記圧縮室にて生成された高圧ガス冷媒が上記モータ上部空間内に導かれ、上記電動機室の上記モータ上部空間側に設けられている冷媒吐出管より所定の冷凍サイクルに吐出される内部高圧型であるスクロール圧縮機において、上記モータのロータまたは回転駆動軸には、上記モータ上部空間と上記モータ下部空間とを連通する第2連通手段が設けられているとともに、上記第2連通手段の上記モータの上部空間側には、上記モータの回転運動によって生じる遠心力を利用して外周向きのポンプ力を発生するラジアル送風機構が設けられ、上記ラジアル送風機構は、上記ロータの端部に取り付けられるバランスウエイトと上記ロータの回転軸を挟んで対向する部分において半径方向に沿って放射状に形成された複数のファンブレードからなり、上記ラジアル送風機構による上記外周向きのポンプ力にて上記モータ下部空間の圧力を上記モータ上部空間の圧力よりも負圧とすることにより、上記モータ上部空間内の冷媒が上記第1連通手段を通って上記モータ下部空間に移動し、さらに上記モータ下部空間内の冷媒が上記第2連通手段と上記ラジアル送風機構を通って上記モータ上部空間に移動する循環経路を構成することを特徴としている。
【0009】
これによれば、冷媒配管を電動機室の下側に導かなくとも、モータ自身の回転運動を使ってモータ内を冷媒が循環することにより、モータを効果的に冷却することができるとともに、従来型に見られる潤滑不良も効果的に抑えることができる。
【0010】
上記第2連通手段は、上記ロータ内を軸方向に貫通する貫通孔、または上記ローターと上記回転駆動軸との間に形成された連通孔、もしくは上記回転駆動軸内を通って、一端が上記モータ上部空間に連通し、他端が上記モータ下部空間に連通する連通孔である。
【0011】
上記ローターと上記回転駆動軸との間に形成された連通孔の具体的な態様としては、上記ロータの回転駆動軸取付孔の内周面の軸方向に沿って設けられた溝や上記回転駆動軸の外周面に沿って設けられた溝などがある。
【0012】
上記ラジアル送風機構のより具体的な態様としては、上記ロータのエンドリングに放射状のファンブレードを一体に形成したものであってもよい。これによれば、回転によって生じた遠心力によって、冷媒がモータ下部空間からモータ上部空間へ移動され、再びモータ下部空間に戻る循環経路が形成される。
【0013】
同様の効果を奏するものとして、上記ラジアル送風機構は円盤状の基盤の半径方向に沿って放射状のファンブレードを多数有するファン部材からなり、上記ファン部材を上記ロータのエンドリングもしくは上記回転駆動軸に対して固定したものであってもよい。
【0014】
さらには、上記ラジアル送風機構は上記ロータに取り付けられるバランスウエイトの一部に、その半径方向に沿って放射状のファンブレードを多数設けたものであってもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1には本発明の第1実施形態に係るスクロール圧縮機の断面図が示されている。なお、先に説明した図16の従来装置と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、同じ参照符号が用いられている。また、図1ないし図6に示されている第1実施形態ないし第3実施形態は本発明の基本的な構成を説明するための参考実施形態で、図7ないし図15に示されている第4実施形態ないし第6実施形態が請求項1〜5に記載されている発明の具体的な構成例を示す実施形態である。
【0016】
このスクロール圧縮機1aは、メインフレーム4を挟んで上側が圧縮室21、下側が電動機室22に区画された円筒状の密閉容器2を縦置きにしたものからなり、圧縮室21内に固定スクロール31および旋回スクロール32からなる冷媒圧縮部3が収納され、電動機室13内に旋回スクロール32を駆動する回転駆動軸5を有する電動機(モータ)6が収納されている。密閉容器2の底部には、潤滑油Oが一定量貯留されている。
【0017】
本発明において、冷媒圧縮部3およびメインフレーム4の構成は、あくまでスクロール圧縮機構を備えるに必要な構成要素を備えていればよく、その構成は任意であるため説明は省略する。
【0018】
回転駆動軸5は、上端側がメインフレーム4によって軸支され、下端側がサブフレーム41によって軸支されており、先端が旋回フレーム32の背面に接続され、下端が密閉容器2の底部に貯留された潤滑油O内に向けて差し込まれている。回転駆動軸5の内部には、潤滑油Oを各軸受摺動部42へ供給する潤滑油供給孔51が回転軸に対して偏心配置されている。
【0019】
電動機6は、密閉容器2の内周面に沿って設けられたステータ61と、ステータ61の内周面に沿って同軸的に取り付けられたロータ62とからなり、ロータ62の両端には、ドーナツ状のエンドリング63、63と、旋回スクロール32の運動に対して圧縮機全体の動バランスをとるためのバランスウエイト64,64とがそれぞれ設けられている。ステータ61には、ロータ62を回転駆動するための磁力を発生させるためのコイル612が多重に巻回されている。
【0020】
この実施形態において、電動機室22は、モータ6を挟んで実質的に連通するモータ上部空間221とモータ下部空間222とに区画されている。モータ上部空間221には、冷媒を冷凍サイクルへと送り出すための冷媒吐出管24が、この実施形態において密閉容器2の外周面から回転駆動軸5に向けて引き込まれている。モータ下部空間222には、上述したサブフレーム41が密閉容器2の内周面に沿って一体的に取り付けられ、さらに潤滑油Oが貯留されている。
【0021】
モータ上部空間221とモータ下部空間222とは、ステータ61の外周面のに形成された第1連通手段である切欠部611と、ロータ62の軸方向に沿って形成された第2連通手段である連通孔622とを介して連通している。なお、モータ上部空間221とモータ下部空間222とは、ステータ61とロータ62の間に形成された隙間によっても連通している。
【0022】
図2に示すように、切欠部611はステータ61の外周面に沿って軸方向の上端側(モータ上部空間221側)から下端側(モータ下部空間222側)にかけて半月状に切り欠かれた孔からなり、この実施形態においては中心軸に対して90°間隔で4カ所に設けられている。
【0023】
なお、切欠部611は必要に応じて数を増やしてもよいし、またその形状も例えばステータ62内を貫通する貫通孔であってもよく、任意に設定できる。
【0024】
連通孔622は、軸方向の上端側(モータ上部空間221側)から下端側(モータ下部空間222側)にかけてロータ62の軸取付孔621側よりを貫通する円筒状の孔からなる。この実施形態において、連通孔622は中心軸に対して90°間隔で4カ所に設けられている。
【0025】
この連通孔622においても、その数や形状は任意であり、例えば楕円状に形成するなどしてもよいし、立体的に見て回転方向に沿った立体螺旋状に形成してもよい。
【0026】
連通孔622は、図面上では単なるストレート構造となっているが、実際にはロータ62の回転時に連通孔622内の冷媒をモータ上部空間211に強制的に押し上げるための循環手段が設けられていることが好ましい。
【0027】
この第1実施形態において、循環手段は連通孔622の下端側を回転方向に向かって傾けて形成された開口部からなり、これによれば、回転時に連通孔622内で冷媒に上向きの力が働き、冷媒が強制的に上に押し上げられる。なお、これ以外に上述した押し上げ効果を奏するものがあれば、適宜選択して使用できる。
【0028】
このスクロール圧縮機1を作動させると、圧縮室21内に吐出された高圧冷媒は、固定スクロール31とメインフレーム4の一部に設けられた冷媒通路33を通って電動機室22のモータ上部空間221に運ばれる。電動機室22内に運ばれた高圧冷媒は冷媒吐出管24から冷凍サイクルへと送り出される。
【0029】
このとき、モータ上部空間221内の冷媒の一部は、ロータ62の回転によって生じた負圧により、切欠部611およびステータ61とロータ62との間隙を通ってモータ下部空間222に吸い込まれる。次に、モータ下部空間222を通って連通孔622に設けられた循環手段を介して連通孔622内に吸い込まれて、再びモータ上部空間221へと強制的に持ち上げられる。
【0030】
これによれば、冷媒がモータ6内を強制的に循環する冷却経路が形成され、モータ6の発熱を効果的に抑えることができる。
【0031】
このとき、密閉容器2底部に貯留された潤滑油Oは、回転駆動軸5内に設けられた潤滑油供給孔51を通って冷媒圧縮部3に供給され、各軸受摺動部42に供給され、これを潤滑した後、排油孔43を通って電動機室22に戻されるが、電動機室22内に戻された潤滑油Oは、切欠部611を下方に向かって流れる冷媒の流れに乗って、無理なく密閉容器2の底部(モータ下部空間222)に再び戻ることができる。
【0032】
次に、図3〜図15を参照して、本発明のスクロール圧縮機の第2実施形態〜第6実施形態および循環手段の変形例について説明するが、その基本的な構成が上記第1実施形態と同一または同一と見なされる部分については同じ参照符号を付し、その説明も省略する。
【0033】
図3および図4には、本発明のスクロール圧縮機の第2実施形態が示されている。第2実施形態において、第2連通手段は、ロータ62の軸取付孔621の内周面の軸方向に沿ってモータ上部空間221とモータ下部空間222とを連通する長さに形成された半円状の溝623と、回転駆動軸5の外周面との間に形成されている。この第2実施形態において、溝623は中心軸に対して90°間隔で4カ所に設けられている。
【0034】
各溝623の形状は任意であり、例えば半楕円状や断面コ字状に形成するなどしてもよいし、立体的に見て回転軸に沿った立体螺旋状に形成してもよい。また、その数も30°間隔で多数設けるなどしてもよく、その数および形状は任意である。
【0035】
図5および図6には、本発明のスクロール圧縮機の第3実施形態が示されている。第3実施形態においても第2連通手段は、上記第2実施形態と同じくロータ62の軸取付孔621と回転駆動軸5との間に形成されているが、この第3実施形態においては、回転駆動軸5の外周面の軸方向に沿って形成された半円状の溝52から構成されている。
【0036】
この第3実施形態においても、各溝52は中心軸に対して90°間隔で4カ所に設けられており、その形状および数は任意に選択できる。
【0037】
図7および図8には、本発明のスクロール圧縮機の第4実施形態が示されている。この第4実施形態において第2連通手段は、回転駆動軸5内を通って、一端がモータ上部空間221に連通し、他端がモータ下部空間222に連通する連通孔53によって形成されている。
【0038】
連通孔53は、回転軸に対して90°間隔にて4カ所形成されており、モータ上部空間221に連通する上端側の開口部が軸線に対して直角に開口されている。これによれば、回転によって生じた遠心力によって開口部内の冷媒が遠心力によって放射状に吹き出されることにより、循環手段が形成される。この第4実施形態においても、各連通孔53の形状および数は、任意に選択できる。
【0039】
図9および図10には、本発明のスクロール圧縮機の第5実施形態が示されている。この第5実施形態の特徴は、ロータ62の上端側(モータ上部空間221側)に取り付けられる上部エンドリング65と上部バランスウエイト66に組み込まれた循環手段にある。
【0040】
上部エンドリング65は、内部に少なくとも回転駆動軸5と各連通孔622とを収納する開口部652を有するドーナツ状(リング状)に形成された基部651と、同基部651のほぼ半周にわたって上端面から直角に立設されたブレード653とからなり、ブレード653は基部651の半径方向に沿って所定の間隔をもって放射状に多数、この実施形態では7枚設けられている。
【0041】
上部バランスウエイト66は、中央に回転駆動軸5が挿通される挿通孔662を有する扁平かつドーナツ状(リング状)に形成されたベース661と、同ベース661のほぼ半周わたって一体的に設けられたウエイト部663とから構成されている。
【0042】
この上部エンドリング65と上部バランスウエイト66とが、ブレード653とウエイト部663とが互いに向き合うように一体化して、ロータ62の上端側に取り付けられている。これによれば、ロータ62が回転することでブレード653がいわゆるラジアルファンとして機能することにより、各連通孔622内が負圧になり、連通孔622内の冷媒がモータ上部空間221に吸い上げられる。
【0043】
上記実施形態においてブレード653とウエイト部663とは、上部エンドリング65と上部ウエイト部66にそれぞれ一体的に設けられているが、図11および図12に示すように、ブレード664を上部バランスウエイト66のベース661に一体に取り付けてもよいし、また、バランス部663を半ドーナツ状の別体に形成して、上部エンドリング65または上部ウエイト部66に後付けするようにしてもよい。このような態様も本発明に含まれる。
【0044】
さらには、図13(a)および(b)に示すように、あらかじめ上部バランスウエイト66のベース661にブレード664とバランス部663とを一体に設けてもよい。これによれば、上部エンドリング65は加工する必要がなく、より安価に製造することができる。
【0045】
図14および図15に第6実施形態を示す。この第6実施形態は、上部エンドリング65の内周面と外周面を貫通する貫通孔654が半径方向に沿って、この第6実施形態において、貫通孔654は回転軸に対して90°間隔で4カ所設けられている。これによっても、モータの回転力によって生じる遠心力を利用したラジアルポンプが構成される。
【0046】
この第5および第6実施形態において、第2連通手段は上記第1実施形態と同じロータ62の軸方向に沿って設けられた連通孔622からなるが、これ以外に上記第2〜第4実施形態に記載されたものであってもよく、第2連通手段は適宜に選択できる。
【0047】
また、本発明の循環手段はモータの回転運動によって生じた遠心力を利用して外周向きのポンプ力を発生するラジアル送風機構を奏するものであればよく、上述した以外に循環効果が得られるものがあれば、この限りではない。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータを挟んで区切られた電動機室内を冷媒が移動する第1および第2連通手段と、モータの回転運動を利用して、電動機室内の冷媒を上記各連通手段を介して強制的に循環させる循環手段とが設けられていることにより、潤滑油の循環を妨げることなくモータを冷却することが可能であり、低コストで信頼性の高いスクロール圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るスクロール圧縮機の模式的断面図。
【図2】上記第1実施形態のモータの要部断面図。
【図3】本発明の第2実施形態に係るスクロール圧縮機の要部断面図。
【図4】上記第2実施形態のモータの要部断面図。
【図5】本発明の第3実施形態に係るスクロール圧縮機の要部断面図。
【図6】上記第3実施形態のモータの要部断面図。
【図7】本発明の第4実施形態に係るスクロール圧縮機の要部断面図。
【図8】上記第4実施形態のモータの要部断面図。
【図9】本発明の第5実施形態に係るスクロール圧縮機の要部断面図。
【図10】上記第5実施形態のモータの要部断面図。
【図11】上記第5実施形態の循環手段の変形例を説明する要部断面図。
【図12】上記変形例の循環手段を模式的に示した分解斜視図。
【図13】上記循環手段の別の変形例を模式的に示した分解斜視図。
【図14】本発明の第6実施形態に係るスクロール圧縮機の要部断面図。
【図15】上記第6実施形態の上部エンドリングの透視斜視図。
【図16】従来のスクロール圧縮機の断面図。
【符号の説明】
1,1a スクロール圧縮機
2 密閉容器
21 圧縮室
22 電動機室
221 モータ上部空間
222 モータ下部空間
23 高圧冷媒通路
24 冷媒吐出管
3 冷媒圧縮部
31 固定スクロール
32 旋回スクロール
4 メインフレーム
41 サブフレーム
5 回転駆動軸
51 潤滑油供給孔
52 溝
53 連通孔
6 モータ
61 ステータ
611 切欠部
62 ロータ
621 取付孔
622 連通孔
623 溝
63 エンドリング
64 バランスウエイト
65 上部エンドリング
653 ブレード
654 貫通孔
66 上部バランスウエイト
663 ウエイト部
664 ブレード
Claims (5)
- 密閉容器内がメインフレームを挟んで圧縮室と電動機室とに区画され、上記圧縮室が上記密閉容器の上部側に配置され、上記電動機室が上記密閉容器の下部側に配置されており、上記電動機室内がモータを介して実質的に連通するモータ上部空間とモータ下部空間とに区画され、上記モータ下部空間内に貯留されている潤滑油が上記モータの回転駆動軸に設けられている潤滑油供給孔を介して上記圧縮室側に汲み上げられ所定の軸受摺動部分を潤滑したのち、上記モータのステーターの外周面に形成されている第1連通手段を介して 上記モータ下部空間に戻されるとともに、上記圧縮室にて生成された高圧ガス冷媒が上記モータ上部空間内に導かれ、上記電動機室の上記モータ上部空間側に設けられている冷媒吐出管より所定の冷凍サイクルに吐出される内部高圧型であるスクロール圧縮機において、
上記モータのロータまたは回転駆動軸には、上記モータ上部空間と上記モータ下部空間とを連通する第2連通手段が設けられているとともに、上記第2連通手段の上記モータの上部空間側には、上記モータの回転運動によって生じる遠心力を利用して外周向きのポンプ力を発生するラジアル送風機構が設けられ、上記ラジアル送風機構は、上記ロータの端部に取り付けられるバランスウエイトと上記ロータの回転軸を挟んで対向する部分において半径方向に沿って放射状に形成された複数のファンブレードからなり、
上記ラジアル送風機構による上記外周向きのポンプ力にて上記モータ下部空間の圧力を上記モータ上部空間の圧力よりも負圧とすることにより、上記モータ上部空間内の冷媒が上記第1連通手段を通って上記モータ下部空間に移動し、さらに上記モータ下部空間内の冷媒が上記第2連通手段と上記ラジアル送風機構を通って上記モータ上部空間に移動する循環経路を構成することを特徴とするスクロール圧縮機。 - 上記ラジアル送風機構は、上記ロータのエンドリングに放射状のファンブレードを一体に形成したものである請求項1に記載のスクロール圧縮機。
- 上記ラジアル送風機構は、円盤状の基盤の半径方向に沿って放射状のファンブレードを多数有するファン部材からなり、上記ファン部材を上記ロータのエンドリングに固定したものからなる請求項1に記載のスクロール圧縮機。
- 上記ラジアル送風機構は、円盤状の基盤の半径方向に沿って放射状のファンブレードを多数有するファン部材からなり、上記ファン部材を上記回転駆動軸に固定したものからなる請求項1に記載のスクロール圧縮機。
- 上記ラジアル送風機構は、上記ロータに取り付けられるバランスウエイトの一部に、その半径方向に沿って放射状のファンブレードを多数設けたものからなる請求項1に記載のスクロール圧縮機。
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