JP4920670B2

JP4920670B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP4920670B2
Application number: JP2008319128A
Authority: JP
Inventors: 宏樹長澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: JP2010144517A

Description

本発明は密閉型圧縮機、特に、シングルロータリ型の密閉型圧縮機に関する。

従来、密閉型圧縮機は、固定側の圧縮要素と可動側の圧縮要素とによって容積が変動する空間を形成し、容積が減少する行程において冷媒ガスを圧縮し、容積が増加する行程において圧縮された冷媒ガスを排出すると共に、新たに冷媒ガス（圧縮される前）を吸引するものである。このため、冷媒ガスの圧縮に伴って空間の圧力が変動している。すなわち、可動側の圧縮要素を回転させる場合、回転に要するトルクが変動し、かかるトルクの変動に伴って回転角速度が変動し、これが振動の発生原因になっている。

そこで、前記トルク変動を相殺するために、回転部にバランスウェイト（バランサーに同じ）を設置し、その偏心荷重による遠心力を利用する発明が開示されている。
たとえば、回転子（可動側の圧縮要素に駆動軸を介して連結され、電動機構を構成している）の上部に、２つの振り子で構成されている動吸振器を設置し、かかる振り子に作用する遠心力によって一回転する間の前記トルク変動を打ち消す圧縮機が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、回転子の上部に円環状の溝を設け、回転子の回転に伴って前記溝に冷凍機油が貯まるようにした回転型圧縮機が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００５−２０１１９５号公報（第１２頁、第３−７図）特開昭５９−１７６４９３号公報（第３頁、第１−３図）

しかしながら、前記特許文献１、２に開示された圧縮機は、バランスウェイトの重心を、遠心力のみによって移動させるものであるため、運転周波数によっては無用な振動がおこる可能性がある。また、重心移動の軌道が規制されていないため、あるいは軌道変更が困難であるため、回転角に応じて変動するトルク変動に対する柔軟な重心移動が困難であるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、バランスウェイトの軌道を規制することで無用な振動を抑制し、さらに重心移動の制御性を高めることができる密閉型圧縮機を得るものである。

本発明に係る密閉型圧縮機は、固定子および回転子を具備する電動機構と、
冷媒ガスを圧縮する圧縮機構偏心部を具備する圧縮機構と、
前記回転子と前記圧縮機構偏心部とを連結する駆動軸と、
該駆動軸を回転自在に軸支する駆動軸軸受と、
前記回転子に回転中心からの距離が変動自在に設置されたバランスウェイトと、
前記駆動軸軸受の外周に設置され、前記バランスウェイトが押し付けられるカム面を具備するカム機構と、
前記バランスウェイトを前記カム面に押し付けるための付勢手段と、を有し、
前記回転子の回転角に応じて前記バランスウェイトの重心位置を変更可能にしたことを特徴とする。

本発明の冷凍空調装置は、回転子の回転角に応じてバランスウェイトの重心位置を変更可能、すなわち、一回転中にバランスウェイトが移動する軌跡（回転角毎の重心位置に同じ）を規制されているから、圧縮機構偏心部に作用する冷媒ガスの圧力変動によって発生した回転トルクの変動（回転角速度の変動に同じ）を、抑制することができる。

［実施の形態１］
図１〜図４は本発明の実施の形態１に係る密閉型圧縮機を説明するものであって、図１は要部を示す縦断面図、図２は部分を示す平面図、図３はバランスウェイトの動作を示す平面図、図４は回転時の挙動を示す特性図である。なお、以下の説明および図において、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

（全体構成）
図１において、密閉型圧縮機（以下、「圧縮機」と称す）１００は、板からなる円筒状密閉容器１１と、円筒状密閉容器１１内の上部空間に配置された電動機構１２と、円筒状密閉容器１１内の下部空間に配置された回転圧縮機構（以下「圧縮機構」と称す）１とを有している。

（電動要素）
電動機構１２は、回転子５と固定子６とによって構成され、固定子６は円筒状密閉容器１１の上部空間の内周に沿って環状に取り付けられ、回転子５は固定子６の内側に若干の間隙を設けて配置されている。そして、回転子５には、その中心を通り鉛直方向に延びるクランク軸（以下「駆動軸」と称す）３が一体に設けられ、駆動軸３は円筒状密閉容器１１に固定された駆動軸軸受４によって軸支されている。

（圧縮機構）
圧縮機構１は、冷媒ガスを吸入して圧縮するものであって、固定側の圧縮要素と可動側の圧縮要素（以下「圧縮機構偏心部」と称す）２とを具備し、圧縮機構偏心部２は駆動軸３に接続され、電動機構１２によって回転駆動されるものである。

（運動規制手段）
さらに、回転子５の下端には、圧縮機構偏心部２と重心バランスをとるためのバランスウェイト７が取り付けられている。すなわち、バランスウェイト７は、回転子５の下端に設けられたガイド機構１０によって、回転中心から離れる方向（半径方向に同じ）に移動自在に案内され、バネ９によって回転中心側に付勢されている。なお、バネ９は、回転子５が回転した際、バランスウェイト７に作用する遠心力に打ち勝つだけの力を発揮するものである。
一方、駆動軸軸受４の外周の一部には、駆動軸３の回転中心から離れる方向に突出する楕円型のカム機構８が取り付けられ、バランスウェイト７の回転中心側の面（以下「当接面」と称す）７ａがカム機構８のカム面８ａに当接（摺動）している。
したがって、バランスウェイト７はバネ９によって回転中心側に付勢されているから、バランスウェイト７の当接面７ａがカム機構８のカム面８ａに当接（摺動）している間は、カム面８ａの形状に沿って回転中心からの距離が変動し、一方、駆動軸軸受４の外周４ａに当接（摺動）している間は、その円筒面に沿って回転中心からの距離が一定に保たれることになる。

（動作）
次にバランスウェイト７の動作について説明する。
図３の（ａ）〜（ｈ）において、以下の説明の便宜上、回転子５が時計回り方向に回転するとし、その回転開始位置を図中の上方向（以下「１２時の方向」と称す）と、カム機構８のカム面８ａが回転中心から最も遠くなる位置を図中の右方向（以下「３時の方向」と称す）とする。
図３の（ａ）において、回転子５が１２時の位置（回転角が０°に同じ）にあるとき、バランスウェイト７の当接面７ａが駆動軸軸受４の外周４ａに当接（摺動）しているから、バランスウェイト７は回転中心に最も近い位置にある。

そして、図３の（ｂ）〜（ｄ）において、回転子５の回転（回転角の増加に同じ）によって、バランスウェイト７の当接面７ａはカム機構８のカム面８ａに当接（摺動）し、除々に回転中心から遠ざかり、そして、回転子５が１／４円だけ回転（回転角が９０°に同じ）したところで、バランスウェイト７は回転中心から最も遠ざかっている（図３の（ｄ）参照）。この間、バランスウェイト７の重心位置と回転中心とを結ぶ線と当接面７ａの垂線（バネ９の付勢方向に同じ）とが形成する角度（θ）が変動している。

さらに、図３の（ｅ）〜（ｇ）において、回転子５の回転によって、バランスウェイト７の当接面７ａは、除々に回転中心に近づき、そして、回転子５が１／２円だけ回転（回転角が１８０°に同じ）したところで、バランスウェイト７は回転中心に最も近づいている（図３の（ｇ）参照）。この間、バランスウェイト７の重心位置と回転中心とを結ぶ線と当接面７ａの垂線とが形成する角度（θ）が変動している。

さらに、回転子５が１／２円から元の位置（回転角が１８０°〜３６０°に同じ）に回転している間は、バランスウェイト７の当接面７ａが駆動軸軸受４の外周４ａに当接（摺動）しているから、回転に伴って回転中心から距離が変動することはなく、バランスウェイト７は回転中心に最も近い位置にある（図３の（ｈ）参照）。

以上のように、圧縮機１００は、回転子５の回転角に応じて、バランスウェイト７の重心が移動（回転中心からの距離が変動）するから、回転する部分（回転子５、駆動軸３、および圧縮機構偏心部）の回転角ごとの遠心力と、同じ回転角における圧縮室（前記固定側の圧縮要素と可動側の圧縮要素とによって形成される）のガス負荷による回転トルクとをバランスすることができる。

図４において、縦軸は回転する部分に作用する遠心力および圧縮室のガス負荷であり、それぞれ最大１として正規化したものであり、横軸は回転子５（バランスウェイト７に同じ）の回転角（図中、クランク角としている）である。
すなわち、圧縮室のガス圧が変動する回転角に対応して、バランスウェイトの重心が移動して、バランスウェイトに作用する遠心力が圧縮室ガス負荷（圧縮室において冷媒ガスを圧縮する負荷）に起因する回転トルクとバランスしていることが示されている。よって、電動要素の負荷が平準化され回転部の回転角速度の変動が抑えられるから、無用な振動の発生が防止される。

以上のように、圧縮機１００は、圧縮機構１の駆動軸３の一回転中の重心位置を制御可能にしているので、一回転中に、その回転角に応じて生じるガス圧縮等による回転アンバランスを相殺することができ、さらにその回転アンバランスの発生状況に応じて重心移動軌跡を変化させることができる。
なお、本発明はカム機構８のカム面８ａを楕円型に限定したり、バランスウェイト７の当接面７ａを平面に限定するものではなく、前記回転アンバランスの発生状況に応じた重心移動軌跡を実現する適宜の形状にすることができる。また、ガイド機構１０の構成や、バネ９の形態も限定するものではない。

本発明によれば、簡素な構成によって無用な振動を抑制することができるから、家庭用および業務用の各種圧縮機として広く利用することができる。

本発明の実施の形態１に係る密閉型圧縮機を説明する要部を示す縦断面図。図１に示す密閉型圧縮機の部分を示す平面図。図１に示す密閉型圧縮機に設置されたバランスウェイトの動作を示す平面図。図１に示す密閉型圧縮機の回転時の挙動を示す特性図。

符号の説明

１：圧縮機構、２：圧縮機構偏心部、３：駆動軸、４：駆動軸軸受、４ａ：駆動軸軸受の外周、５：回転子、６：固定子、７：バランスウェイト、７ａ：バランスウェイトの当接面、８：カム機構、８ａ：カム面、９：バネ、１０：ガイド機構、１１：円筒状密閉容器、１２：電動機構、１００：密閉型圧縮機。

Claims

固定子および回転子を具備する電動機構と、
冷媒ガスを圧縮する圧縮機構偏心部を具備する圧縮機構と、
前記回転子と前記圧縮機構偏心部とを連結する駆動軸と、
該駆動軸を回転自在に軸支する駆動軸軸受と、
前記回転子に回転中心からの距離が変動自在に設置されたバランスウェイトと、
前記駆動軸軸受の外周に設置され、前記バランスウェイトが押し付けられるカム面を具備するカム機構と、
前記バランスウェイトを前記カム面に押し付けるための付勢手段と、を有し、
前記回転子の回転角に応じて前記バランスウェイトの重心位置を変更可能にしたことを特徴とする密閉型圧縮機。
前記カム機構が楕円型のカム面を具備し、
前記バランスウェイトが、前記カム面に当接する平面状の当接面を具備し、
前記バランスウェイトの重心位置と回転中心とを結ぶ線と、前記当接面とが形成する角度が、前記回転子の回転角に伴って変動することを特徴とする請求項１記載の密閉型圧縮機。
前記付勢手段が、前記バランスウェイトを回転中心からの距離が変動自在に案内するガイド機構に取り付けられたバネであることを特徴とする請求項１または２記載の密閉型圧縮機。