JP4810885B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、主に家庭用の電気冷凍冷蔵庫などに使用される密閉型圧縮機に関するものである。

近年、家庭用電気冷蔵庫に対する静音化要求は強く、騒音の主たる発生源である密閉型圧縮機に対しても低騒音、低振動化が強く要望されている。

従来、この種の密閉型圧縮機としては、吐出管に円筒バネが嵌装されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図５は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の平面断面図、図６は、従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。

図５、６において、密閉容器１内の底部には、オイル２を貯留しており、圧縮機本体４は、サスペンションスプリング６によって密閉容器１に対して弾性的に支持されている。吐出接続管８は、密閉容器１に取り付けられ、外部の冷凍システム（図示せず）に接続されている。

圧縮機本体４は、電動要素１０と、電動要素１０の上方に配設される圧縮要素２０から構成されている。電動要素１０は、固定子１２および回転子１４から構成されている。

圧縮要素２０のクランクシャフト２２は、主軸２４及び偏心軸２６から構成されており、主軸２４は、ブロック２８の軸受部３０に回転自在に軸支されるとともに、回転子１４が固定されている。さらに、クランクシャフト２２は、給油機構（図示せず）を備えている。

また、ピストン３２は、ブロック２８に固定されたシリンダ３４に往復自在に挿入されており、シリンダ３４の端面に、バルブプレート３６とシリンダヘッド３８が取り付けられている。シリンダ３４は、ピストン３２、バルブプレート３６とともに圧縮室４０を形成する。ピストン３２に設けられた円筒部３２ａの内部に連結手段４２が往復自在に挿入されると共に、連結手段４２に偏心軸２６が回転自在に挿入されることで、連結手段４２は、偏心軸２６とピストン３２を連結する、スコッチヨーク式の機構を構成している。

また、吸入マフラ４４と吐出マフラ４６は、シリンダヘッド３８と一体に形成され、シリンダヘッド３８を経由して、圧縮室４０に連通している。また、吸入マフラ４４は、吸入管４８を介して、密閉容器１内の空間と連通している。

吐出管５０は、柔軟性を有する細管で形成され、一端は吐出マフラ４６に、他端は吐出接続管８に連通している。また、吐出管５０の全長のほぼ中央に、円転部５０ａを含むようにコイルスプリング５２が嵌装されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素１０に通電されると、固定子１２に発生する回転磁界により、回転子１４は、クランクシャフト２２とともに回転する。主軸２４の回転により、偏心軸２６の偏心運動が連結手段４２を介してピストン３２に伝えられる。ピストン３２は、シリンダ３４内で往復動する。密閉容器１外の冷凍サイクル（図示せず）より、密閉容器１内の空間に戻った冷媒ガスは、吸入管４８、吸入マフラ４４を経由して圧縮室４０内へ導入され、圧縮室４０内でピストン３２により圧縮され、圧縮された冷媒ガスは、吐出マフラ４６、吐出管５０、吐出接続管８を経由して、密閉容器１外の冷凍サイクルへ送出される。

この際、ピストン３２の往復運動に起因して圧縮機本体４は振動するが、圧縮機本体４は、密閉容器１に対して、サスペンションスプリング６や吐出管５０などにより、弾性的に支持されることで、振動の伝達を軽減している。また、吐出管５０は、固有値を圧縮機の運転周波数より高く設定して、共振により吐出管５０自体の振動が大きくなることを防止している。

また、吐出管５０は、細く柔軟性を有する鋼管で構成されているため、吐出管５０自体は減衰が小さく、一旦振動が発生すると減衰しにくい構造になっている。このため、吐出管５０にコイルスプリング５２を嵌装することで、吐出管５０とコイルスプリング５２の間の摩擦により、吐出管５０の振動を減衰する効果を持たせている。

さらに、吐出管５０の一部分に、コイルスプリング５２の内径より大となるような、つぶし部を設け、コイルスプリング５２の固定を確実にし、振動減衰効果を安定させていた。
特開平６−１２９３５５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、吐出管５０の剛性をさらに低くして振動を低くすることが困難であった。

即ち、吐出管５０やサスペンションスプリング６の剛性が低いほど、圧縮機本体４の振動は密閉容器１へ伝達されにくい。吐出管５０に一般に用いられる二重巻鋼管は、管径や肉厚が決まっており、吐出管５０の剛性を低くするためには、吐出管５０を長くすることが必要であり、剛性を低くするために吐出管５０を長くするほど固有値は低下する。

ところが、吐出管５０の固有値が運転周波数や運転周波数の整数倍の周波数と一致すると、吐出管５０が共振することで、密閉型圧縮機の振動が大きくなる恐れがある。さらに、共振により吐出管５０の変形が大きくなり、変形による応力により、吐出管５０が破損する可能性がある。従って、固有値の低下を防止する必要性から、吐出管５０の剛性を低くすることができず、さらに振動を低減することができなかった。

特に、インバータを用いて広い周波数範囲で運転を行う方式の圧縮機においては、この課題は顕著である。即ち、上限の運転周波数でも吐出管５０の共振を防止するために、吐出管５０の固有値を、運転周波数の上限より十分高くする必要がある。一方、下限の運転周波数では、サスペンションスプリング６や吐出管５０と圧縮機本体４の構成する系の固有値が接近することで、圧縮機本体４から密閉容器１に振動が伝達されやすくなり、振動が大きくなりやすいという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、吐出管５０の固有値を下げずに、吐出管５０の剛性を低くして、振動の低い密閉型圧縮機を実現することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、吐出管の少なくとも一方の端から最初の円転部と次の円転部との間にコイルスプリングを嵌装したもので、固有値を低くすることなく、吐出管の剛性を低くして、圧縮機本体から密閉容器への振動の伝達を低減し、密閉型圧縮機の振動を低減するという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、吐出管による圧縮機本体からの振動伝達を低減し、振動を低減させることができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器と、前記密閉容器内に固定され冷凍サイクルに接続される吐出側接続管と、前記密閉容器内に収納され冷媒ガスを圧縮する圧縮要素を備え、前記圧縮要素は、シリンダを形成するブロックと、前記シリンダ内に嵌合され往復運動す
るピストンと、前記シリンダに形成される圧縮室に連通するとともに消音空間を形成する吐出マフラと、前記吐出側接続管と前記吐出マフラを接続する吐出管を具備し、前記吐出管を、少なくとも３箇所に円転部を有する細管で形成し、さらに、前記吐出管の少なくとも一方の端から最初の円転部と次の円転部との間に、コイルスプリングを、その両端が前記最初の円転部と前記次の円転部に接するように嵌装したもので、吐出管による圧縮機本体からの振動伝達を低減し、振動を低減させることができる。

また、前記コイルスプリングの両端が円転部に接しているため、コイルスプリングのずれを防止し、吐出管の固有値が変化することを防止するので、吐出管の剛性を低くして吐出管の固有値が低くなっても、吐出管の共振をより確実に防止でき、振動をさらに低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電動要素を、インバータによって複数の運転周波数で駆動するようにしたもので、運転周波数範囲の上限より吐出管の固有値を高くして吐出管の共振を防止しながら、吐出管の剛性を低くして振動を低減することができる。

以下、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。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の平面断面図である。図２は、図１の密閉型圧縮機の縦断面図である。図３は、吐出管の正面図である。

図１から図３において、密閉容器１０１内底部にオイル１０２を貯留するとともに、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１２０とからなる圧縮機本体１０４を収容し、例えばＲ６００ａなどの温暖化係数の低い炭化水素系の冷媒を充填している。また密閉容器１０１は、それぞれ密閉型圧縮機外の冷凍システム（図示せず）に接続される吸入接続管１０７と吐出接続管１０８を備えている。吸入接続管１０７の一端は、密閉容器１内空間に連通している。

まず、電動要素１１０について説明する。

電動要素１１０は、いわゆる突極集中巻き方式のＤＣブラシレスモータであり、固定子１１２と回転子１１４とからなり、インバータ駆動回路（図示せず）と導線により接続されている。電動要素１１０は、インバータ駆動により、２０Ｈｚから８０Ｈｚの間の複数の周波数で運転を行う。

次に圧縮要素１２０の詳細を以下に説明する。

圧縮要素１２０は、電動要素１１０の上方に配設されている。圧縮要素１２０のクランクシャフト１２２は、主軸１２４及び偏心軸１２６から構成されており、主軸１２４は、ブロック１２８の軸受部１３０に回転自在に軸支されている。偏心軸１２６には、連結手段１４２が、回転自在な状態で取り付けられている。さらに、クランクシャフト１２２には、軸に対して傾斜した穴部や、主軸１２４の摺動面に設けた、らせん状の溝などからなり、クランクシャフト１２２の下端から偏心軸１２６の上端までを連通する給油機構（図示せず）が設けられている。

ピストン１３２は、ブロック１２８のシリンダ１３４に往復自在に挿入されており、シリンダ１３４とバルブプレート１３６とともに圧縮室１４０を形成する。連結手段１４２
は、偏心軸１２６とピストン１３２を連結している。圧縮室１４０と連通する吸入マフラ１４４は、シリンダヘッド１３８、バルブプレート１３６とともに、ブロック１２８に取り付けられている。吐出マフラ１４６ａ、１４６ｂは、内部に消音空間を形成するとともに、圧縮室１４０に連通している。

吐出管１５０は、一端が吐出マフラ１４６ｂに、他端が吐出接続管１０８に連通しており、耐圧性が優れ、振動疲労強度が高く、曲げ加工が容易である二重巻鋼管を用いた細管で形成される。吐出管１５０の形状は、半径の小さい曲げ部分である円転部を複数箇所有するとともに、これらの円転部を直線あるいは半径の大きい曲げ部分で接続した形状となっている。また、密閉容器１０１に、圧縮機本体１０４を、サスペンションスプリング１０６を介して搭載した後に、吐出管１５０が取り付けられるように、吐出管１５０の両端は、密閉型圧縮機の上部に位置している。

また、吐出管１５０の、吐出マフラ１４６ｂに最も近い円転部１５０ａと、次の円転部１５０ｂの間の、半径の大きい曲げ部分１５０ｃに、コイルスプリング１５２が嵌装されている。そして、コイルスプリング１５２の両端は、それぞれ円転部１５０ａおよび円転部１５０ｂの半径の小さい曲げ部分と、半径の大きい曲げ部分１５０ｃを接続する部分の近傍に位置するように配置されている。また、コイルスプリング１５２の内径は、吐出管１５０の直管の状態での外径よりわずかに大きくなるように選択されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

インバータ駆動回路より電動要素１１０に通電されると、固定子１１２に発生する磁界により、回転子１１４はクランクシャフト１２２とともに回転する。主軸１２４の回転に伴い、偏心軸１２６は偏心回転し、この偏心運動は連結手段１４２を介して往復運動に変換され、ピストン１３２をシリンダ１３４内で往復運動させることで密閉容器１０１内の冷媒ガスを圧縮室１４０内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

この圧縮動作において、密閉容器１０１内の冷媒ガスは、吸入マフラ１４４を介して圧縮室１４０内に間欠的に吸入され、圧縮された後、吐出マフラ１４６ａ、１４６ｂ、吐出管１５０を経由して、吐出接続管１０８から密閉容器１０１外の冷凍サイクルへ送られる。

また、圧縮動作の際のピストン１３２の往復運動などによって、圧縮機本体１０４は振動するが、圧縮機本体１０４は密閉容器１０１に対して、サスペンションスプリング１０６や吐出管１５０などにより弾性的に支持されることで、圧縮機本体１０４から密閉容器１０１への振動の伝達を軽減している。

一般に、サスペンションスプリング１０６や吐出管１５０などは、そのばね定数が低いほど圧縮機本体１０４からの振動は伝わりにくく、振動は低くなる。一方で吐出管１５０の固有値とばね定数とはほぼ比例関係にあり、ばね定数を低くすると固有値もそれだけ低下することになる。そしてインバータ駆動により、広い運転周波数範囲で運転される密閉型圧縮機においては、吐出管１５０の共振による振動や変形大による破損を防止するために、上限の周波数よりも十分固有値を高くする必要がある。

具体的には、２０Ｈｚから８０Ｈｚで運転を行う場合、吐出管１５０の固有値は、固有値と運転周波数が完全に一致しなくても、周波数が接近すると共振が引き起こされるので、少なくとも８５Ｈｚ以上とすることが望ましく、さらに望ましくは、吐出管１５０の固有値のばらつきなどを考慮して、１０Ｈｚ以上高い９０Ｈｚ以上とするのがよい。

また、吐出管１５０は、細く弾性を有する鋼管で構成されているため、吐出管１５０自体の減衰が小さく、一旦振動が発生すると減衰しにくい構造になっている。そこで、吐出管１５０にコイルスプリング１５２を取り付けることで、吐出管１５０とコイルスプリング１５２の間の摩擦により、吐出管１５０の振動を減衰する効果を持たせているが、コイルスプリング１５２をつけた場合、吐出管１５０の剛性は変わらないまま、質量だけが増加するので、固有値が低下する。

ところが、本発明によれば、コイルスプリング１５２を吐出マフラ１４６ｂ側から見て、最初の円転部１５０ａと、その次の円転部１５０ｂの間に設けているので、従来のように吐出管の中央部に設ける場合に比べ、コイルスプリング１５２を取り付けることによる固有値低下を小さくできる。

コイルスプリング１５２の位置の影響を示す例として、図４に吐出管の伝達関数の特性図を示す。

図４において、横軸は周波数であり、縦軸は上に行くほど振動を伝えやすく、ピークの位置が吐出管１５０の固有値の周波数を示している。図４において、従来のコイルスプリング１５２の位置が、吐出管１５０の全長のほぼ中央部にあるのに対し、本発明は、吐出マフラ１４６ｂに隣接してコイルスプリング１５２を配置している。この結果、吐出管１５０の形状、管径、コイルスプリング１５２の長さ等すべて同じで、コイルスプリングの位置のみ変更した場合でも、コイルスプリング１５２が中央に行くほど固有値が低下していることがわかる。

このように、本発明によれば、コイルスプリング１５２を取り付けて吐出管１５０の振動を減衰させる効果を確保しながら、固有値の低下を最小限にできるので、吐出管１５０の剛性を低くしても、コイルスプリング１５２がついた状態での固有値を十分高くすることができ、吐出管の共振を防止して、振動の発生や変形大による破損を防止できる。

特に、本発明のようにインバータで駆動され、広い周波数範囲で運転される密閉型圧縮機において、高い周波数の運転を行う場合でも、吐出管１５０の固有値を、運転周波数より十分高くすることで、共振を防止し、さらに、吐出管１５０の剛性が低いので、低い運転周波数での振動伝達を軽減し、振動を低くすることができる。

さらに、コイルスプリング１５２の両端は、それぞれ円転部１５０ａおよび円転部１５０ｂの半径の小さい曲げ部分と、半径の大きい曲げ部分１５０ｃを接続する部分の近傍に位置するように配置されているので、コイルスプリング１５２のずれを防止できる。

すなわち、円転部１５０ａまたは円転部１５０ｂにコイルスプリング１５２が移動するためには、円転部１５０ａ、１５０ｂの内側では、コイルスプリング１５２は圧縮され、外側では広げられる必要があり、コイルスプリング１５２自体のばね性により、コイルスプリング１５２が円転部１５０ａ、１５０ｂへ移動することに対しては反力が作用する。さらに、半径の小さい曲げ部分である円転部１５０ａ、１５０ｂでは、吐出管１５０の断面がわずかに扁平となり、断面の長径は、コイルスプリング１５２の内径に比べ大きくなり、コイルスプリング１５２がこの扁平部へずれることに対して抵抗が大きくなる。

従って、コイルスプリング１５２は、ずれることがないので、吐出管１５０の固有値が変化することを防止でき、吐出管１５０の剛性を低くして固有値が低くなっても、コイルスプリング１５２が当初の位置からずれて、固有値が低下することに伴う吐出管の共振などの問題が生じることもない。

なお、コイルスプリング１５２を、吐出マフラ１４６ｂからみて、最初の円転部１５０ａと次の円転部１５０ｂの間に設けたが、吐出接続管１０８側からみて、最初の円転部と次の円転部の間にコイルスプリング１５２を設けてもよい。さらに、コイルスプリング１５２を吐出管１５０の両端、すなわち吐出マフラ１４６ｂ側と吐出接続管１０８側の２箇所に設けてもよい。

以上のように、本発明の密閉型圧縮機は、吐出管の共振を防止しながら、圧縮機本体から密閉容器への振動伝達を低減し、振動を低減できる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、振動を低減できるので、家庭用電気冷凍冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置等に広く適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の平面断面図 同実施の形態の密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態の吐出管の正面図 同実施の形態の吐出管の伝達関数の特性図 従来の密閉型圧縮機の平面断面図 従来の密閉型圧縮機の側断面図

１０１ 密閉容器
１０８ 吐出接続管
１１０ 電動要素
１２０ 圧縮要素
１２８ ブロック
１３２ ピストン
１３４ シリンダ
１４０ 圧縮室
１４６ａ、１４６ｂ 吐出マフラ
１５０ 吐出管
１５０ａ、１５０ｂ 円転部
１５２ コイルスプリング

Claims (2)

1. 密閉容器と、前記密閉容器内に固定され冷凍サイクルに接続される吐出側接続管と、前記密閉容器内に収納され冷媒ガスを圧縮する圧縮要素を備え、前記圧縮要素は、シリンダを形成するブロックと、前記シリンダ内に嵌合され往復運動するピストンと、前記シリンダに形成される圧縮室に連通するとともに消音空間を形成する吐出マフラと、前記吐出側接続管と前記吐出マフラを接続する吐出管を具備し、前記吐出管を、少なくとも３箇所に円転部を有する細管で形成し、さらに、前記吐出管の少なくとも一方の端から最初の円転部と次の円転部との間に、コイルスプリングを、その両端が前記最初の円転部と前記次の円転部にそれぞれ接するように嵌装した密閉型圧縮機。
2. 前記電動要素を、インバータによって複数の運転周波数で駆動するようにした請求項１に記載の密閉型圧縮機。

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