JP5427892B2 - 多段圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、密閉ハウジング内に電動モータにより駆動される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構を設けた多段圧縮機に関するものである。

密閉ハウジング内に電動モータにより駆動される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構を設けた多段圧縮機の１例として、密閉ハウジング内のほぼ中央部に電動モータを設置し、この電動モータを挟んでその下側に低段側ロータリ圧縮機構、上側に高段側スクロール圧縮機構を設置するとともに、この低段側ロータリ圧縮機構及び高段側スクロール圧縮機構を電動モータにより回転軸を介して駆動するように構成した多段圧縮機が特許文献１に示されている。
特許文献１の多段圧縮機は、冷凍サイクル側から吸入管を介して低圧冷媒ガスを低段側ロータリ圧縮機構に吸入して中間圧まで圧縮した後、この中間圧冷媒ガスをいったん密閉ハウジング内に吐き出す。この多段圧縮機は、中間圧冷媒ガスを高段側スクロール圧縮機構により吸い込み、高温高圧状態に２段圧縮し、吐出管を経て外部に吐き出すように構成されている。このように、密閉ハウジング内は中間圧冷媒ガス雰囲気とされる。

この多段圧縮機において、密閉ハウジング内に吐き出された中間圧冷媒ガスには、低段側ロータリ圧縮機構の潤滑に供された後、冷媒ガスと共に密閉ハウジング内に吐き出された潤滑油や、高段側スクロール圧縮機構を潤滑した後、高段側スクロール圧縮機構から密閉ハウジング内に沿って落下される潤滑油が多量に溶け込んでいる。つまりこの中間圧冷媒ガスは、油リッチの状態となっている。この中間圧冷媒ガスは、電動モータの内部通路を流通してその上部空間に流入された後、高段側スクロール圧縮機構の吸入口へと導かれるが、その間に各部に衝突することによって相当量の潤滑油は分離される。
しかしながら、密閉ハウジング内の中間圧冷媒ガスには、多量の潤滑油が溶け込んでおり、その潤滑油が十分に分離されないまま中間圧冷媒ガスと共に高段側スクロール圧縮機構に吸い込まれる。この潤滑油は高段側スクロール圧縮機構から圧縮冷媒ガスに伴われて吐き出され、冷凍サイクル側に循環されることになる。この結果、冷凍サイクル側に循環される潤滑油の油循環率（ＯＣＲ）［全質量流量（冷媒流量＋潤滑油流量）に対する潤滑油の質量流量の比］が増加し、冷凍サイクル側での熱交換を阻害することによりシステム効率を低下させるとともに、圧縮機が潤滑油不足に陥るおそれがある。

そこで本発明者は特許文献２において、中間圧冷媒ガスに伴われて高段側圧縮機構に吸入される潤滑油量を低減することにより油循環率を低減し、システム効率の向上と潤滑油不足を解消できる多段圧縮機を提案した。この多段圧縮機は、図１５に示されるように、電動モータ２００を挟んでその下部に低段側圧縮機構（図示せず）を、また上部に高段側圧縮機構２０１を設置するとともに、低段側圧縮機構で圧縮された中間圧冷媒ガスを密閉ハウジング２０３内に吐き出し、この中間圧冷媒ガスを高段側圧縮機構２０１により吸入して２段圧縮する。この多段圧縮機は、高段側圧縮機構２０１へと吸入される中間圧冷媒ガス中に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離板２０２を、回転軸２０５を貫通して設けている。この油分離板２０２は、ロータ２０４の上端に設けられたバランスウエイト２０６に固定、設置される円盤状の部材である。

特開平５−８７０７４号公報 特開２００９−４７０３９号公報

特許文献２による潤滑油分離の作用は以下の通りである。潤滑油が溶け込んだ中間圧冷媒ガスは、ロータ２０４のガス通路２０４Ａ内を流通して電動モータ２００の上部空間に流入すると、ロータ２０４と共に回転している油分離板２０２に衝突し、その遠心分離作用によって中間圧冷媒ガスから比重の大きい潤滑油が分離される。遠心分離された潤滑油は、電動モータ２００のステータコイルエンド２０７に衝突した後あるいは直接その隙間を通ってその外周側に導かれ、密閉ハウジング２０３の内周面に沿って底部へと流れる。このように、中間圧冷媒ガス中から分離された潤滑油は、ステータコイルエンド２０７と干渉することによって、中間圧冷媒ガスからの分離が完結する。もしも、ステータコイルエンド２０７が存在しなければ、一旦分離された潤滑油が中間圧冷媒ガスとともに高段側圧縮機構２０１に流れ出してしまう。なお、潤滑油がステータコイルエンド２０７の隙間を通ることを、本願明細書では「干渉」と言うことがある。

油分離板２０２が設置、固定される固定部材であるバランスウエイト２０６は、低段側圧縮機構、高段側圧縮機構２０１及びこれらを繋ぐ回転軸２０５を含む軸系の回転バランスを確保するために設けられる。したがって、軸系のバランスを確保するために、バランスウエイト２０６の高さがステータコイルエンド２０７の高さを超える場合がある。この場合、油分離板２０２の高さ方向の位置が、ステータコイルエンド２０７の上端よりも上になる。そうすると、一旦分離された潤滑油は、ステータコイルエンド２０７と干渉しないか、干渉したとしても少ないため、中間圧冷媒ガスとともに高段側圧縮機構２０１に流れ出してしまう。これでは、油分離板２０２を設けた意味がなくなる。
また、油分離板２０２は、リベット２０８等によりバランスウエイト２０６の上端へ取り付けられているにすぎない。そのため、長年の使用により油分離板２０２のバランスウエイト２０６への締結がゆるみ、ロータ２０４の回転や油分離板２０２への中間圧冷媒ガスの衝突によって油分離板２０２が位置ずれをおこす恐れがある。
そこで本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、油分離板の固定強度を向上することのできる多段圧縮機を提供することを目的とする。さらに、本発明は、油分離板が設置されるバランスウエイトの高さにかかわらず、油分離板に衝突して中間圧冷媒ガスから分離した潤滑油をより効果的にステータコイルエンドに干渉させることができる多段圧縮機を提供することを目的とする。

本発明による多段圧縮機は、密閉ハウジングと、電動モータと、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構と、油分離板を備えることを前提とする。
電動モータは、密閉ハウジング内に設けられ、ロータとステータコイルエンドを有するステータとを備える。低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構は、電動モータのロータとともに回転される回転軸を介して駆動され、電動モータを挟んでその下部及び上部に各々設置される。油分離板は、回転軸が貫通し、電動モータのロータのガス通路内を流通後に高段側圧縮機構へと吸入される冷媒ガス中に含まれる潤滑油を遠心分離するものである。この油分離板は高さ方向に分割された複数のセグメントからなる固定部材によりロータに固定される。本発明の多段圧縮機は、この油分離板に以下の特徴を備えている。
すなわち本発明による油分離板は、ロータの一端側において、固定部材の隣接するセグメント間に挟んで固定されることによりロータに設置されることを特徴とする。

本発明による油分離板は、高さ方向に分割された固定部材（例えば、バランスウエイト）の上下方向に隣接するセグメントの間に挟まれて固定される。よって、油分離板は、バランスウエイトの上端よりも低い位置に配置される。例えば、バランスウエイトを高さ方向の上下を均等に２分割する場合、下側のセグメントと上側のセグメントの間に油分離板を挟んで固定するので、バランスウエイトの高さの１／２の位置に油分離板を配置させることができる。この場合、偏平な油分離板を用いても油分離板をステータコイルエンドの上端よりも低い位置に配置させることが容易である。したがって、油分離板に衝突して中間圧冷媒ガスから分離された潤滑油が下向きの流れとなり、ステータコイルエンドに潤滑油をより確実に干渉させることができる。また、リベット等の締結具よりも剛性の大きい上側のセグメントと下側のセグメントとの間に油分離板を挟んで固定するため、油分離板を固定する強度が向上する。したがって、ロータの回転や中間圧冷媒ガスの衝突により、油分離板が位置ずれをおこしにくい。

本発明による油分離板は、ロータの他端側に、切り欠き部を有する形状とすることが好ましい。油分離板の他端側に切り欠き部を設けると、油分離板の重心が一端側（バランスウエイト側）に移るので、油分離板の一端側の部分自体がバランスウエイトの機能の一部を補完することになる。これにより、回転軸系の回転バランスを確保しつつバランスウエイト自体を小型化することができるとともに、多段圧縮機自体をも小型化できる。

本発明による油分離板は、ロータの他端側に、ロータを組み付けるための締結具に対応する位置に切り欠き部を有する形状とすることもできる。締結具、例えばリベットの上面に対応する位置に切り欠き部を設けることで、油分離板をバランスウエイトに挟んだ後に油分離板の上部から切り欠き部を通して締結具をロータに締結し、ロータを組み付けることができるため、作業性が向上する。

本発明による油分離板は、ロータの他端側において、ステータコイルエンドの上端よりも下方に位置させることが好ましく、また、ロータの他端側において、ロータの一端側よりも下方に位置することが好ましい。このようにすることで、バランスウエイトの高さにかかわらず、油分離板に衝突して中間圧冷媒ガスから分離された潤滑油が下向きの流れとなるため、ステータコイルエンドに潤滑油をより確実に干渉させることができる。

ロータの他端側において、ロータの他端側よりも下方に油分離板を位置させるのに、ロータの一端側とロータの他端側の間で油分離板に屈曲部を設けることができる。この屈曲部としては、階段状のものが好ましい。潤滑油を含む中間圧冷媒ガスが油分離板に衝突する回数を増やすことができるので、中間圧冷媒ガスから潤滑油を分離する効率が向上する。

本発明による油分離板は、回転軸と交差する領域を避けて屈曲部を形成することが好ましい。これにより、回転軸が油分離板を貫通する部分において油分離板と回転軸が直交するので、油分離板と回転軸の隙間面積が最小になり、この隙間から漏れる中間圧冷媒ガス（潤滑油を含む）量を低減できる。
この隙間から漏れる中間圧冷媒ガス量を低減するため、油分離板を貫通する位置よりも上方に、径方向に突出する油分離補助突起を設けることが好ましい。

本発明による多段圧縮機において、ロータに形成されるガス通路の開口面積は、固定部材が設置される側の方が大きいことが好ましい。油分離板に屈曲部を設ける場合、より多くの中間圧冷媒ガスが油分離板に衝突する回数を増やすことができるので、中間圧冷媒ガスから潤滑油を分離する効率が上がる。なお、「固定部材が設置される側」とは、ガス通路が形成される面を径方向に２分割したときに、固定部材が設置される側をいう。
本発明による多段圧縮機において、バランスウエイトを固定部材として用いることが好ましい。バランスウエイトは、電動モータのロータに設置され、回転軸を含む回転軸系の回転バランスを確保するものであるが、これを設ける場合に、固定部材を別途設ける必要がなくなるからである。

本発明による多段圧縮機において、ロータに形成されるガス通路の開口面積の総和をＡ１、油分離板とステータコイルエンドの隙間の面積の総和をＡ２とすると、（Ａ２−Ａ１）／Ａ１＝±０．１を満足することが好ましい。

本発明によれば、バランスウエイトの高さにかかわらず、油分離板により中間圧冷媒ガスから分離された潤滑油をステータコイルエンドに干渉させることができることはもちろん、油分離板の固定強度を向上することができる。

第１実施形態による多段圧縮機の縦断面図である。 第１実施形態による多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 （ａ）は第１実施形態による油分離板の平面図、（ｂ）は第１実施形態によるロータ部分を示す平面図である。 第２実施形態による多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 第３実施形態による多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 第４実施形態による多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 第５実施形態による多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 （ａ）は第６実施形態によるバランスウエイトおよび油分離板の平面図、（ｂ）は第７実施形態によるバランスウエイトおよび油分離板の平面図、（ｃ）は第８実施形態によるバランスウエイトおよび油分離板の平面図である。 第９実施形態による多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 第５〜第８実施形態において、屈曲部を有する油分離板を用いた多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 第５〜第９実施形態において、上部セグメントが下部セグメントよりも回転軸方向に突出する形状のバランスウエイトを用いた多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 第５〜第９実施形態において、上部セグメントが下部セグメントよりもステータコイルエンド方向に突出する形状のバランスウエイトを用いた多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 本実施形態によるガス通路の他の例を示す多段圧縮機の要部平面図である。 本実施形態による多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。 特許文献２に開示される従来の多段圧縮機の要部拡大縦断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態による多段圧縮機１について、図１〜図３を参照して説明する。
多段圧縮機１は、密閉ハウジング１０を備えている。密閉ハウジング１０内のほぼ中央部には、ステータ５とロータ６とから構成される電動モータ４が固定設置されている。ロータ６には、回転軸（クランク軸）７が一体に結合されている。このロータ６は、通常、積層された複数枚の磁性鋼板を、リベット、ボルト等の締結具により組み付けて構成される。この電動モータ４の下部には、低段側ロータリ圧縮機構２が設置されている。低段側ロータリ圧縮機構２は、シリンダ室２０を備え、密閉ハウジング１０に固定設置されるシリンダ本体２１と、シリンダ本体２１の上下に固定設置され、シリンダ室２０の上部及び下部を密閉する上部軸受２２及び下部軸受２３と、回転軸７のクランク部７Ａに嵌合され、シリンダ室２０の内周面を回動するロータ２４と、シリンダ室２０内を吸入側と吐出側とに仕切る図示省略のブレード及びブレード押えバネ等とを備えた公知のロータリ圧縮機構により構成される。

低段側ロータリ圧縮機構２は、吸入管２５を介してシリンダ室２０内に低圧の冷媒ガス（作動ガス）を吸入し、この冷媒ガスをロータ２４の回動により中間圧まで圧縮した後、吐出チャンバ２６を介して密閉ハウジング１０内に吐き出すように構成されている。この中間圧冷媒ガスは、電動モータ４のロータ６に設けられているガス通路６Ａ等を流通して電動モータ４の上部空間に流動し、さらに高段側スクロール圧縮機構３へと吸入されて２段圧縮されるようになっている。

高段側スクロール圧縮機構３は、回転軸７を支持する軸受３０を備え、密閉ハウジング１０に固定設置される支持部材３１と、それぞれ端板３２Ａ，３３Ａ上に立設される渦巻き状ラップ３２Ｂ，３３Ｂを備え、渦巻き状ラップ３２Ｂ，３３Ｂ同士を互いに噛み合わせて支持部材３１上に組み付けることにより一対の圧縮室３４を構成する固定スクロール部材３２及び旋回スクロール部材３３を備えている。また、高段側スクロール圧縮機３は旋回スクロール部材３３と回転軸７の軸端に設けられる偏心ピン７Ｂとを結合し、旋回スクロール部材３３を公転旋回駆動する旋回ボス部３５と、旋回スクロール部材３３と支持部材３１との間に設けられ、旋回スクロール部材３３をその自転を阻止しつつ公転旋回させるオルダムリング等の自転阻止機構３６と、固定スクロール部材３２の背面に設けられる吐出弁４０と、固定スクロール部材３２の背面に固定設置され、固定スクロール部材３２との間に吐出チャンバ４１を形成する吐出カバー４２等とを備えた公知のスクロール圧縮機構により構成される。

高段側スクロール圧縮機構３は、低段側ロータリ圧縮機構２により圧縮されて密閉ハウジング１０に吐き出された中間圧冷媒ガスを圧縮室３４内に吸入し、この中間圧冷媒ガスを旋回スクロール部材３３の公転旋回駆動により高温高圧状態に圧縮した後、吐出弁４０を経て吐出チャンバ４１に吐き出すように構成されている。この高温高圧冷媒ガスは、吐出チャンバ４１から吐出管４３を経て圧縮機外部、すなわち冷凍サイクル側に導出されるようになっている。また、高段側スクロール圧縮機構３を構成する支持部材３１は、密閉ハウジング１０内に設けられたブラケット４４にネジによって固定設置されている。

回転軸（クランク軸）７の最下端部と低段側ロータリ圧縮機構２の下部軸受２３との間には、公知の容積形の給油ポンプ１１が組み込まれている。この給油ポンプ１１は、密閉ハウジング１０の底部に充填されている潤滑油１２を汲み上げ、回転軸７内に設けられている給油孔１３を介して低段側ロータリ圧縮機構２及び高段側スクロール圧縮機構３の軸受部等の所要潤滑箇所に潤滑油１２を強制給油できるように構成されている。

多段圧縮機１には、電動モータ４を構成するロータ６の上面の一方側にバランスウエイト４６が設置されている。バランスウエイト４６は電動モータ４のステータコイルエンド５Ａよりも高さが高く、その上端はステータコイルエンド５Ａの上端よりも上にある。そのバランスウエイト４６の上端には、ロータ６と一体に回転される油分離板４５が設けられている。
油分離板４５は、図２、図３に示すように、円盤状素材の直径の約１／３のところに階段状の屈曲部４８を設けた部材である。この屈曲部４８は、バランスウエイト４６側から下るように形成されている。このように構成されている油分離板４５は、ロータ６の他端側において、バランスウエイト４６に固定される一端側よりも下方に位置する。特に本実施形態では、油分離板４５は、ロータ６の他端側において、ステータコイルエンド５Ａの上端よりも下方に位置する。また、油分離板４５は、ロータ６の他端側において、バランスウエイト４６の上端よりも下方に位置する。

油分離板４５の外径は、電動モータ４のステータコイルエンド５Ａの内周と僅かな隙間を保つ程度の大きさとされている。また、油分離板４５には、中心部に回転軸７が貫通する貫通孔４７が設けられている。この貫通孔４７は、その内周端がロータ６に設けられているガス通路６Ａよりも中心側に位置される大きさで、かつ回転軸７の外周面との間に形成される隙間が出来る限り小さくなるように設けられている。

以上説明の構成を有する多段圧縮機１によると、以下の作用効果を奏する。
吸入管２５を介して低段側ロータリ圧縮機構２のシリンダ室２０に吸入された低温低圧の冷媒ガスは、ロータ２４の回動により中間圧まで圧縮された後、吐出チャンバ２６に吐き出される。この中間圧冷媒ガスは、吐出チャンバ２６から電動モータ４の下部空間内に吐き出された後、電動モータ４のロータ６に設けられているガス通路６Ａ等を流れて電動モータ４の上部空間に達する。

電動モータ４の上部空間に達した中間圧冷媒ガスは、高段側スクロール圧縮機構３を構成する支持部材３１と密閉ハウジング１０との間の隙間等を通り固定スクロール部材３２に設けられている高段側スクロール圧縮機構３の吸入口に導かれ、圧縮室３４内に吸入される。この中間圧冷媒ガスは、高段側スクロール圧縮機構３により高温高圧状態に２段圧縮された後、吐出弁４０から吐出チャンバ４１内に吐き出され、吐出管４３を介して冷凍サイクル側に導出される。

上記の２段圧縮過程において、低段側ロータリ圧縮機構２の潤滑に供された潤滑油１２の一部は、冷媒ガス中に溶け込み、中間圧冷媒ガスと共に密閉ハウジング１０内に吐き出される。さらに、この中間圧冷媒ガスには、高段側スクロール圧縮機構３に給油孔１３を介して給油され、高段側スクロール圧縮機構３を潤滑した後、密閉ハウジング１０内の底部に流下される潤滑油１２の一部が巻き込まれて溶け込む。潤滑油１２が溶け込んだ中間圧冷媒ガスは、ロータ６のガス通路６Ａ内を流れて電動モータ４の上部空間に達する際に、ロータ６と共に回転している油分離板４５に衝突し、その遠心分離作用によって中間圧冷媒ガス中から潤滑油１２が分離される。

上記により遠心分離された潤滑油１２は、電動モータ４のステータコイルエンド５Ａに干渉しながらその外周側に導かれ、密閉ハウジング１０の内周面に沿って底部へと流れる。一方、潤滑油１２が分離された中間圧冷媒ガスは、油分離板４５の外周隙間から電動モータ４の上部空間に向かって流れ、そこから高段側スクロール圧縮機構３の吸入口へと導かれ、圧縮室３４内に吸入されて２段圧縮される。

このように、潤滑油１２を分離した中間圧冷媒ガスを高段側スクロール圧縮機構３へと吸入させることができるため、中間圧冷媒ガスに伴われて高段側スクロール圧縮機構３に吸入され、高圧圧縮ガスと共に外部に吐き出される潤滑油１２の量を低減することができる。これにより、冷凍サイクル側に循環される潤滑油１２の油循環率（ＯＣＲ）［全質量流量（冷媒流量＋潤滑油流量）に対する潤滑油の質量流量の比］を低減し、システム効率を向上させることができるとともに、圧縮機における潤滑油不足の発生を解消することができる。

また、油分離板４５には、貫通孔４７が設けられ、回転軸７が貫通されているが、この貫通孔４７は、その内周端がロータ６に設けられているガス通路６Ａよりも中心側に位置され、回転軸７との間に形成される隙間が出来るだけ小さくされている。このため、ロータ６のガス通路６Ａを流通した潤滑油１２を含む中間圧冷媒ガスは必ず油分離板４５に衝突し、その遠心分離作用により中間圧冷媒ガス中に含まれている潤滑油１２を分離することができる。従って、中間圧冷媒ガスからの潤滑油１２の分離効率を高め、油循環率をより低減してシステム効率の向上と潤滑油不足の解消を図ることができる。

第１実施形態による多段圧縮機１は、バランスウエイト４６の上端がステータコイルエンド５Ａの上端よりも上にある。しかしながら、油分離板４５に階段状の屈曲部４８を設けることにより、油分離板４５はロータ６の他端側においてロータ６の一端側よりも下方に位置される。したがって、中間圧冷媒ガスから分離された潤滑油１２は、図２に示すように、下向きの流れとなるので、ステータコイルエンド５Ａに干渉し易くなる。特に、この実施形態では、油分離板４５はロータ６の他端側においてステータコイルエンド５Ａの上端よりも下方に位置される。したがって、潤滑油１２をステータコイルエンド５Ａに確実に干渉させることができる。
また、油分離板４５に階段状の屈曲部４８を設けると、屈曲部４８よりもバランスウエイト４６側のガス通路６Ａから吐出された中間圧冷媒ガス（潤滑油１２を含む）は、水平部４９に加えて屈曲部４８にも衝突し、油分離板４５に衝突する回数が２度に増える。したがって、油分離板４５に屈曲部４８を設ける本実施形態は、潤滑油１２を中間圧冷媒ガスから効率よく分離させることができる。

多段圧縮機１において、ロータ６に形成されるガス通路６Ａの開口面積の総和をＡ１、油分離板４５とステータコイルエンド５Ａの隙間の面積の総和をＡ２とすると、（Ａ２−Ａ１）／Ａ１＝±０．１を満足することが好ましい。流通する中間圧冷媒ガスに圧力損失を生じさせないか、生じたとしても低く制御できる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態は、油分離板４５が回転軸７と交差する領域に屈曲部４８を備えている。これに対して第２実施形態による油分離板５０は、図４に示すように屈曲部５１が回転軸７とバランスウエイト４６の間に設けられている。つまり、油分離板５０は、屈曲部５１が回転軸７と交差する領域を避けて設けられている。こうすることにより、回転軸７が油分離板５０を貫通する部分において油分離板５０と回転軸７が直交するので、油分離板５０と回転軸７の隙間面積を最小限にし、この隙間から漏れる中間圧冷媒ガス（潤滑油を含む）量を低減させる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態による油分離板５５は、屈曲部５６が回転軸７と交差する領域を避けて設けられているところは第２実施形態と同様であるが、図５に示すように、回転軸７中心にバランスウエイト４６の設けられている反対側（反バランスウエイト側）に屈曲部５６が設けられている。
第３実施形態による油分離板５５は、隙間から漏れる中間圧冷媒ガス量を低減させる効果に加えて、水平部５７及び屈曲部５６と油分離板５５に２回衝突する中間圧冷媒ガス量を多くできるので、中間圧冷媒ガスから効率よく潤滑油１２を分離できる。

油分離板５５に２回衝突する中間圧冷媒ガス量を多くするには、図１３に示すように、ロータ６に形成されるガス通路６Ａの開口面積を、バランスウエイト４６が設置される側（図中、左半分）の方を、反バランスウエイト４６側（図中、右半分）より大きくすることが有効である。なお、図１３はバランスウエイト４６が設置される側の全ての（６つの）ガス通路６Ａの開口面積を大きくしているが、本発明はこれに限定されない。バランスウエイト４６が設置される側の全てのガス通路６Ａの開口面積の合計が、反バランスウエイト４６側の全てのガス通路６Ａの開口面積の合計より大きければよい。

また、第３実施形態において、回転軸７と油分離板５５の隙間から漏れる中間圧冷媒ガス量をより低減するために、図１４に示すように、油分離板５５を貫通する位置よりも上方に、回転軸７の径方向に突出する油分離補助突起７ｅを設けることが好ましい。油分離補助突起７ｅは、回転軸７とは別体のリング状部材を回転軸７に固定して作製できるし、回転軸７を作製する際に一体として形成してもよい。
さらに、第２，第３実施形態で示した屈曲部５１，５６は段数が一段であるが、本発明はこれに限定されず、２段以上の複数段としてもよい。

＜第４実施形態＞
第１〜第３実施形態は、屈曲部４８，５１，５６を階段状としたが、本発明の屈曲部はこれに限定されない。
すなわち、図６に示す第４実施形態による油分離板６０のように、反バランスウエイト４６側のステータコイルエンド５Ａに向けて下降するように屈曲する屈曲部６１とすることができる。
第４実施形態による油分離板６０は、反バランスウエイト４６側のステータコイルエンド５Ａに向けて下降しているので、より確実に中間圧冷媒ガスをステータコイルエンド５Ａに干渉させることができる。なお、屈曲部６１を形成する位置を本発明は限定するものではなく、反バランスウエイト４６側において屈曲部６１を形成することもできる。

上述した第１〜第４実施形態では、油分離板４５は、ロータ６の他端側において、ステータコイルエンド５Ａの上端よりも下方に位置する例を示したが、本発明はこれに限定されない。油分離板４５が、ロータ６の他端側において、バランスウエイト４６（固定部材）に固定される一端側よりも下方に位置すれば、中間圧冷媒ガスから分離された潤滑油１２は下向きの流れとなって他端側へ向かうので、ステータコイルエンド５Ａの高さが低くてもステータコイルエンド５Ａに干渉し易くなる。

また、上述した第１〜第４実施形態では、油分離板４５がバランスウエイト４６の上端に固定される形態を示したが、本発明はこれに限定されない。第１〜第４実施形態の全ての形態について、バランスウエイト７０を構成する下部セグメント７１と上部セグメント７２との間に油分離板４５を挟んでバランスウエイト７０に固定する後述の第５実施形態を適用することができる。これにより、潤滑油１２を中間圧冷媒ガスから効率よく分離させることができる。また、リベット等の締結具よりも剛性の大きい上部セグメント７２と下部セグメント７１との間に油分離板４５を挟んで固定するため、油分離板４５を固定する強度が向上する。したがって、ロータの回転や中間圧冷媒ガスの衝突により、油分離板が位置ずれをおこすことがない。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について図７を参照して説明する。
第５実施形態は、下部セグメント７１と上部セグメント７２の２つの部材からバランスウエイト７０が構成される。下部セグメント７１と上部セグメント７２は、バランスウエイト７０を二等分したものであり、ほぼ同様の仕様を有している。なお、バランスウエイト７０の上端の位置は、ステータコイルエンド５Ａの上端よりも上である。

第５実施形態は、偏平な油分離板７３を隣接する下部セグメント７１と上部セグメント７２の間に挟んでバランスウエイト７０に固定する。したがって、油分離板７３は、バランスウエイト７０の高さの１／２の位置に配置され、そこはステータコイルエンド５Ａの上端よりも下である。したがって、第５実施形態は、油分離板に屈曲部を設けることなく、中間圧冷媒ガスをステータコイルエンド５Ａに干渉させることができる。また、油分離板７３をリベットに比べて剛性が大きい下部セグメント７１と上部セグメント７２の間に挟むので、油分離板の固定強度が上がる。下部セグメント７１及び上部セグメント７２が油分離板を挟み込む面積が大きいことも、油分離板の固定強度の向上に寄与する。

第６〜第８実施形態に係る図８（ａ）〜（ｃ）においては、第５実施形態のバランスウエイト７０（上部セグメント７２）と同じ部分には図７と同じ符号を付してその説明を省略する。また、油分離板６５、６６の一端側とは、バランスウエイト７０を構成する下部セグメント７１と上部セグメント７２との間に挟まれてバランスウエイト７０に固定される側を、他端側とは、バランスウエイト７０に固定されていない側を指す。
＜第６実施形態＞
第１〜第５実施形態では、油分離板４５は図３に示されるように対称形状な円盤状であるが、本発明の油分離板４５はこれに限定されない。
すなわち、図８（ａ）に示す第６実施形態による油分離板６５のように、油分離板６５の他端側に切り欠き部８０を設け、油分離板６５を非対称形状とすることができる。
第６実施形態による油分離板６５は、他端側に切り欠き部８０を有するため、その重心がバランスウエイト７０側に移る。したがって、油分離板６５の一端部側の部分、より具体的には下部セグメント７１と上部セグメント７２に挟まれている部分がバランスウエイト７０の機能の一部を補完することになる。これにより、回転軸系の回転バランスを確保しつつ、バランスウエイト７０自体を小型化できるので、多段圧縮機１の小型化を図ることができる。
なお、この切り欠き部８０は、油分離板６５の他端側にて油分離板６５を弓形に切り欠いて形成されているが、切り欠き部８０の形成方法は問わない。円盤状の油分離板６５を切り欠いてもよいし、もともと切り欠き部８０を有する油分離板６５をプレス等で製造することもできる。

＜第７実施形態＞
第６実施形態の切り欠き部８０は、油分離板６５の他端側を弓形に切り欠いて形成されている。これに対して、第７実施形態による切り欠き部８１は、図８（ｂ）に示す通り、油分離板６６の他端側であって、ロータ６を組み付ける４本のリベット６８ａ〜６８ｄ（締結具）の中で、バランスウェイト７０の固定に寄与しないリベット６８ａに対応する位置に形成される。概ね円形をなす切り欠き部８１は、当該リベット６８をロータ６に締結する作業に支障を与えない程度の面積を有している。
仮に、切り欠き部８１が形成されていない場合、ロータ６の組み付けは以下の手順で行われる。はじめに、ロータ６を構成する磁性鋼板を積層した状態でリベット６８ａを締結する。次に、下部セグメント７１を所定の位置に配置する。そして、油分離板６６を下部セグメント７１上に載せ、さらに油分離板６６を介して上部セグメント７２を下部セグメント７１上に載せることで油分離板６６を挟む。その後、残りの３本のリベット６８ｂ〜６８ｄを上部セグメント７２の上から締結する。このように、切り欠き部８１が形成されていないと、油分離板６６を下部セグメント７１と上部セグメント７２との間に挟む作業が介在するので、リベット６８ａ〜６８ｄを締結する作業が分断される。
しかし、切り欠き部８１が形成されていると、リベット６８ａ〜６８ｄを締結する作業を連続して行うことができる。つまり、切り欠き部８１を通してリベット６８ｄを締結することができるため、油分離板６６を下部セグメント７１と上部セグメント７２との間に挟んだ後に、全てのリベット６８ａ〜６８ｄを順次締結することができる。これにより、リベット６８ａ〜６８ｄを締結する作業性がよい。もちろん、第６実施形態の効果も同時に得られることは言うまでもない。

＜第８実施形態＞
また、油分離板６７の他端側を、図８（ｃ）示すように、のこ歯状とする切り欠き部８２を形成することもできる。このような形状の切り欠き部８２を用いることで、第６実施形態の効果が得られると同時に、中間圧冷媒ガスが回転する油分離板６７を通過する際の空力音を抑制し、多段圧縮機１の静音性を向上することができる。

＜第９実施形態＞
第９実施形態について、図９を参照して説明する。
第９実施形態は、下部セグメント７６と上部セグメント７７の２つの部材からバランスウエイト７５が構成される。下部セグメント７６と上部セグメント７７が、バランスウエイト７０を二等分したものであること、バランスウエイト７５の上端の位置がステータコイルエンド５Ａの上端よりも上であることは、第５実施形態と同様である。
第９実施形態は、上部セグメント７７の下面に油分離板７８が一体的に形成されている。この場合も、油分離板７８を下部セグメント７６と上部セグメント７７の間に挟んでバランスウエイト７５に固定する。

第９実施形態においても、油分離板に屈曲部を設けることなく、中間圧冷媒ガスをステータコイルエンド５Ａに干渉させることができる。また、油分離板７８を隣接する下部セグメント７６と上部セグメント７７の間に挟むので、油分離板の固定強度が上がる。

上述した第５〜第９実施形態では偏平な油分離板７３、６５、６６、６７、７８を用いたが、本発明はこれに限定されない。図１０に示すように、階段状の屈曲部が設けられた油分離板６９を用いても、油分離板６９のバランスウエイト７０への固定強度を維持しつつ、中間圧冷媒ガスをステータコイルエンド５Ａに確実に干渉させることができる。

また、上述した第５〜第９実施形態では、バランスウエイト７０を同じ形状、寸法の下部セグメント７１と上部セグメント７２とから構成したが、本発明はこれに限定されず、異なる形状、寸法の下部セグメント９１と上部セグメント９２とからバランスウエイト９０を構成してもよい。このバランスウエイト９０は、図１１に示すように、上部セグメント９２が下部セグメント９１よりも回転軸７方向に突出している。また、図１２に示すように、上部セグメント９４が下部セグメント９３よりもステータコイルエンド５Ａ方向に突出したバランスウエイト９５とすることもできる。
このような形状、寸法とすることで、バランスウエイト９０、９５全体の重量が重くなり、油分離板４５がバランスウエイト９０、９１を介してより確実にロータ６に固定される。バランスウエイト９０は、十分な重量を有することから回転軸系の回転バランスを確保することができる。また、バランスウエイト９５は、その重心が回転軸７の中心からより離れた方向に移るため、中間圧冷媒ガスから潤滑油をより確実に遠心分離することができる。なお、バランスウエイト９０、９５は、ステータコイルエンド５Ａの形状に応じて選択することができる。

また、上述した第１〜第９実施形態では、低段側圧縮機構２にロータリ圧縮機構、高段側圧縮機構３にスクロール圧縮機構を用いて構成した多段圧縮機１を例に説明したが、低段側圧縮機構２及び高段側圧縮機構３は、上記圧縮機構に限定されない。
さらに、本発明はコイルが集中巻きされた電動モータ４に適用されることが好ましい。このモータのステータコイルエンドは小さく高さが低いからである。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１…多段圧縮機
２…低段側ロータリ圧縮機構、３…高段側スクロール圧縮機構
４…電動モータ
５Ａ…ステータコイルエンド、６…ロータ、６Ａ…ガス通路、７…回転軸
１０…密閉ハウジング
４６，７０，７５，９０，９５…バランスウエイト
７１，７６，９１，９３…下部セグメント、７２，７７，９２，９４…上部セグメント
４５，５０，５５，６０，６５，６６，６７，６９，７３，７８…油分離板
４８，５１，５６，６１…屈曲部
６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄ…リベット
８０，８１，８２…切り欠き部

Claims (11)

1. 密閉ハウジングと、
   前記密閉ハウジング内に設けられ、ロータとステータコイルエンドを有するステータとを備える電動モータと、
   前記電動モータの前記ロータとともに回転される回転軸を介して駆動され、前記電動モータを挟んでその下部及び上部に設置される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構と、
   前記回転軸が貫通し、前記電動モータの前記ロータのガス通路内を流通後に前記高段側圧縮機構へと吸入される冷媒ガス中に含まれる潤滑油を遠心分離する油分離板と、
   高さ方向に分割された複数のセグメントからなり、前記油分離板を前記ロータに固定する固定部材と、を備え、
   前記油分離板は、
   前記ロータの一端側において、隣接する前記セグメント間に挟んで固定されることを特徴とする多段圧縮機。
2. 前記油分離板は、
   前記ロータの他端側に、切り欠き部を有する請求項１に記載の多段圧縮機。
3. 前記油分離板は、
   前記ロータの他端側に、前記ロータを組み付けるための締結具に対応する位置に切り欠き部を有する請求項１又は２に記載の多段圧縮機。
4. 前記油分離板は、
   前記ロータの他端側において、前記ステータコイルエンドの上端よりも下方に位置する請求項１に記載の多段圧縮機。
5. 前記油分離板は、
   前記ロータの他端側において、前記ロータの一端側よりも下方に位置することを特徴とする請求項１又は４に記載の多段圧縮機。
6. 前記油分離板は、
   前記一端側と前記他端側の間に、階段状の屈曲部を有す請求項４又は５に記載の多段圧縮機。
7. 前記油分離板は、
   前記回転軸と交差する領域を避けて前記屈曲部が形成される請求項６に記載の多段圧縮機。
8. 前記ロータに形成される前記ガス通路の開口面積は、前記固定部材が設置される側の方が大きい請求項４〜７のいずれか一項に記載の多段圧縮機。
9. 前記回転軸は、
   前記油分離板を貫通する位置よりも上方に、前記回転軸の径方向に突出する油分離補助突起を備える請求項４〜８のいずれか一項に記載の多段圧縮機。
10. 前記ロータに形成される前記ガス通路の開口面積の総和をＡ１、
    前記油分離板と前記ステータコイルエンドの隙間の面積の総和をＡ２とすると、
    （Ａ２−Ａ１）／Ａ１＝±０．１
    を満足する請求項４〜９のいずれか一項に記載の多段圧縮機。
11. 前記固定部材は、
    前記電動モータの前記ロータに設置され、前記回転軸を含む回転軸系の回転バランスを確保するバランスウエイトである請求項４〜１０のいずれか一項に記載の多段圧縮機。

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