JP5514737B2 - 冷凍圧縮機用油ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、下方で油溜まりを画定し、内部でシリンダブロックを担持する略密閉シェルを備え、シリンダブロック内では、冷媒ガスポンプ機構を駆動するためのクランク軸が軸支され、電気モータロータが設けられ、クランク軸とロータによって形成されるアセンブリが下方で油溜まりに浸漬された油ポンプを担持するタイプの冷凍圧縮機用の油ポンプに関する。

ほとんどの冷凍圧縮機の正確な動作のために重要なのは、互いの間で相対運動を有する部品の適切な潤滑である。

潤滑は、略密閉シェル下部の内部に画定された油溜まりに供給される潤滑油を圧送することによって得られる。この油は、相対運動を有する圧縮機の部品に達するまで圧送され、そこから前記油は油溜まりに戻る。

往復式の圧縮機では、垂直のクランク軸が潤滑油ポンプを担持し、潤滑油ポンプが前記クランク軸の回転を使用して前記油を潤滑される圧縮機部品に導く。これらの構造では、油はスピニングおよび機械的な引き込みによって油溜まりから圧送される。

圧縮機における油の圧送のための最も採用される概念は、遠心効果に基づく圧送である。国際公開第９３／２２５５７号パンフレット、米国特許第４４７８５５９号明細書、米国特許第４５６９６３９号明細書、米国特許第４０９７１８５号明細書、仏国特許第２４９２４７１号明細書、特公昭６０−０６９２７５号公報で記載されるように、遠心効果は、ポンプの回転速度を使用して、油の中で遠心力を生成する。

これらの構造では、油ポンプは一般に、ポンプ本体と軸とを有し、ポンプ本体および軸の前記部品のうちの一方は、モータの回転により生じる遠心力によって吸い込まれる油の引き込み効果を可能とするように、他方の部品に対して回転可能に固定され、また、前記部品の一方は螺旋状の表面溝を備え、その溝内で油が上方へ引き込まれる。

国際公開第９３／２２５５７号パンフレットに記載の解決策は、一緒に回転させるためにクランク軸に固着され、螺旋溝を外側に備えたポンプ軸と、固定ロッドによって電気モータステータに取り付けられた管状スリーブとを有する。前記管状スリーブは、半径方向の隙間を有するポンプ軸周囲に配設される。

米国特許第６４５０７８５号明細書に記載の解決策は、外面に螺旋溝を備え、管状スリーブが軸および電気モータのロータと共に回転する間固定されるように、下方で電気モータステータに取り付けられたポンプ軸を有する。

ブラジル特許第０６０４９０８−７号明細書に記載の解決策は、管状スリーブが内面に螺旋溝を備え、ロータとクランク軸とのアセンブリに固着さられた油ポンプで、ポンプ軸がステータおよびシェルの部品のうちの一方に取り付けられた油ポンプを有する。

国際公開第９３／２２５５７号パンフレット 米国特許第４４７８５５９号明細書 米国特許第４５６９６３９号明細書 米国特許第４０９７１８５号明細書 仏国特許第２４９２４７１号明細書 特公昭６０−０６９２７５号公報 米国特許第６４５０７８５号明細書 ブラジル特許第０６０４９０８−７号明細書

米国特許第４０９７１８５号明細書では、クランク軸は管状体のみを備えるポンプ軸を下方で担持し、管状体は内部に内側インペラブレードを備える。この構造では、他の知られている構造よりも有利な点として、製造が簡潔で、不具合が生じる傾向が小さいことが挙げられる。しかしながら、このような構造は、ポンプ本体の内部にインペラブレードを取り付ける際により高度な精密さが必要であり、また不具合を発生させやすい。

別の知られている解決策は、下方が平壁によって閉鎖された管状体を備える油ポンプに関する特公昭６０−０６９２７５号公報に記載されている。平壁には、各々のフィンを形成するように切欠部である窓が偏心して配設される。フィンは、潤滑油の熱的変動によって、ポンプ本体とほぼ同一回転面にある不作動位置と、前記回転面のほぼ横断面にある作動位置との間で変位されて、油質量に作用して、油質量を切欠窓を通ってポンプ本体の方向に内側へと向けて、ポンプ本体の内壁に沿ったスピニングによって油質量を上方へ押し上げるフィンとして作動する。

上記の日本特許の解決策は、ポンプ本体の下端で油を捕捉する１つ以上の窓を形成するが、切欠窓がそれ自体がポンプ本体の回転時にポンプ本体の内部に向かって油を吸い込まない状態に、これらの切欠窓を配置するので、前記窓を通過するように油を向ける偏向要素としてフィンを備えることが必要である。この解決策は、構造的に高度であるので、前記部品の製造コストがかなりかかることになる。さらに、ポンプ本体内部の油はスピニングによって上方へ圧送されるので、ポンプ本体はフィンによって油質量にかけられる遠心力から上方へのポンプ力を生成する内部構造を有することが必要になる。

本発明の目的は、安全に、かつ圧縮機の全稼働寿命の間、相対運動をする圧縮機の部品への油の適切な圧送を可能にし、保証する冷凍圧縮機用の油ポンプを提供することである。前記油ポンプは、遠心力で油を上方へ圧送する手段をポンプ本体内部に配設する必要のない、単純でコストのかからない構造および取り付けである。

本発明の特定の目的は、上述したような油ポンプで、その構造と取り付けは不具合が生じる可能性が低く、ポンプ本体内部の油を上方および軸方向に圧送するためにポンプ管状体の回転の使用効率を高める油ポンプを提供することである。

本発明の上記および他の目的は、下方に油溜まりを画定し、下部を有するクランク軸が内部で軸支されるシリンダブロックと、クランク軸の下部の周囲に固着される電気モータロータと、一緒に回転動作するようにクランク軸およびロータの部品の一方に上方で取り付けられ、油溜まりに浸漬される下端を有する管状ポンプ本体を有する油ポンプとを担持するシェルを備えるタイプの冷凍圧縮機用の油ポンプを提供することで達成される。ポンプ本体は、油に浸漬される少なくとも１つの捕集壁部であって、クランク軸の回転軸に対して偏心しており、前記捕集壁部の領域でポンプ本体の断面と交差する平面内に配置された少なくとも１つの開口段部を有するように変形され、ポンプ本体内部に油を取り入れるための開口部を画定する捕集壁部と、開口段部を通る油の流入方向に対して横方向に配置された偏向板を形成する各内側インペラ壁部であって、ポンプ本体の回転動作と共に、前記油に作用して、油を軸方向および上方に推進する各内側インペラ壁部とを備える。

本発明の構造によれば、開口段部は、前記捕集壁部の領域に設けられた隣接凹部によって、ポンプ本体の輪郭から少なくとも部分的に内側に突出しており、ポンプ本体の回転動作の方向から見て開口段部の上流側では、開口段部と各凹部とは、それらが配設される捕集壁部の領域で、ポンプ本体の周囲によって外側から制限される。

本発明の他の構造によれば、ポンプ本体は、母線が直線部分と凸弧との間で決められる回転面によって閉じられた下端を有し、捕集壁部はポンプ本体の前記下端に画定される。

この解決策の特別な変形例では、ポンプ本体の下端は半球面によって閉じられる。

さらに、本発明の別の構造によれば、インペラ壁部はポンプ本体の各壁部の変形によって画定される。

本発明の一実施形態の例として挙げられた添付の図面を参照して、本発明を説明する。

下方で本発明の油ポンプを担持する垂直クランク軸を有する冷凍圧縮機で、油ポンプの下端が前記圧縮機のシェルの下部に画定された油溜まりに浸漬された冷凍圧縮機の長手方向拡大断面の概略図である。 図１の油ポンプの長手方向拡大断面図である。 図２の油ポンプの長手方向拡大断面図で、９０°回転した図である。 図２、図３の管状ポンプ本体の上面図である。 ポンプ本体の下端の断面図であり、図２の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 ポンプ本体の下端の断面図であり、図２の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 ポンプ本体の下端の断面図であり、図２の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。 ポンプ本体の下端の断面図であり、図２の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。 逆さ位置のポンプ本体の斜視図であり、段部壁部がその配設される領域でポンプ本体の輪郭から内側に突出する構造を示す図である。

本発明は、内部で往復ピストン（図示せず）を作動させるシリンダ２ａを画定するシリンダブロック２を担持する略密閉シェル１を有し、シェル１の下部には油溜まり３が画定され、そこから油ポンプ１０を介して圧縮機の可動部品に潤滑油が圧送される往復式密閉圧縮機（例えば、冷凍システムに適用されるタイプ）について説明する。

本明細書で説明される構造では、冷凍圧縮機は、ピストンを動かすクランク軸４によって駆動されるタイプであり、前記クランク軸４は、上方に偏心部４ａを有し、中央でシリンダブロック２に対して軸支され、図示された構造では管状体で、油ポンプ１０を担持する下部４ｂを有する。

シリンダブロック２は、電気モータのステータ５が固定され、さらにクランク軸４に取り付けられたロータ６を含み、モータの動作時にクランクシャフト４を回転させる。前記ロータ６は、例えば、軸方向中心孔６ａを有する環状積層スタックにより形成されるタイプのロータであり、中心孔６ａの内部にクランク軸４の下部４ｂが嵌合され、固着される。

図示された構造では、クランク軸４はそれに直接固着される油ポンプを担持しているが、前記クランク軸４は、例えば、油ポンプ１０を電気モータのロータ６に固着することで、間接的に前記油ポンプ１０を担持することも可能であることは理解すべきである。クランク軸４またはロータ６への油ポンプ１０の取り付けは、本発明の目的の解決策を妨げるものではないことは理解すべきである。

本発明の油ポンプ１０は、クランク軸４およびロータ６の部品の一方へ固着される上端１１ａと、油溜まり３の油に浸漬された下端１１ｂとを有する管状ポンプ本体１１を有する。図示された構造では、上端１１ａは、特に管状の下部４ｂの内部を通ってクランク軸４の下部４ｂに固着される。

本発明の油ポンプ１０のポンプ本体１１は、油に浸漬され、クランク軸４の回転軸に対して偏心した少なくとも１つの捕集壁部１２であって、捕集壁部１２の領域で、ポンプ本体１１の断面と交差する平面内に配置された少なくとも１つの開口段部１３を有するように変形され、ポンプ本体内部に油を取り入れるための開口部１３ａを画定する捕集壁部１２と、開口段部１３を通る油の流入方向に対して横方向に配置された偏向板を形成する各内側インペラ壁部１４であって、ポンプ本体１１の回転動作と共に、前記油に作用して、油を軸方向および上方に推進する各内側インペラ壁部とを備える。

本発明によれば、開口段部１３は少なくとも部分的にポンプ本体１１の輪郭から内側に突出し、それが配設されるポンプ本体１１の領域で、前記開口段部１３は、ポンプ本体１１の回転動作の方向から見て、開口段部１３の上流側の捕集壁部１２の領域に配設される隣接凹部１３ｂによって画定される。この構造では、開口段部１３および各凹部１３ｂは、それらが配される捕集壁部１２の領域でポンプ本体１１の周囲によって外側に制限される。

特に図示された構造では、開口段部１３を備えるポンプ本体１１の壁部は、前記ポンプ本体１１の輪郭から完全に内側に突出する開口段部１３を有する。この構造では、ポンプ本体１１は、母線が凸弧によって決められる回転面によって閉じられた下端１１ｂを有し、捕集壁部１２はポンプ本体１１の前記下端１１ｂに画定される。

しかしながら、下端１１ｂは母線が直線部分と凸弧との間で決められる回転面によって閉じられて形成されることができ、捕集壁部１２はポンプ本体１１の前記下端１１ｂに画定されることは理解すべきである。下端１１ｂが母線が直線部分によって決められる回転面で閉じられる場合、前記回転面はポンプ本体１１の軸に垂直な端壁を画定し、そこに開口段部１３が画定される。

図示された構造では、ポンプ本体１１は、円筒状側壁１１ｃと、半球面状の端壁によって閉じられた下端１１ｂとを有し、下端１１ｂには、１組の開口段部１３が互いに対向して配され、各開口段部１３は端壁の凹部１３ｂによって画定され、ポンプ本体１１の輪郭の内部に突出し、前記凹部１３ｂは内側に開口段部１３を通って流入する油のためのインペラ壁１４を画定する。

本発明を実施する方法では、ポンプ本体１１は連続絞りスタンピングによって、例えば、このようなスタンピングに適した冷間積層鋼によって形成される。

半球面状の下端１１ｂは、ポンプ本体１１の軸と一致して、分割されていない中央領域から形成された一対の直径方向に対向した半径方向切欠部を備える。それぞれの半径方向の切欠部領域は、半球面の切断面から下の半球面の一部で、上述したような開口段部１３、各凹部１３ｂ、各インペラ壁部１４を画定する一部を有する。各開口段部１３は、各開口部１３ａが、開口段部１３の各開口部１３ａに向けての油の相対回転の方向に、油質量に向けられるように画定される。

本発明を実施する別の方法では、油ポンプ１０は、開口段部１３を予め画定した適切な形状のプラスチック材料で形成される。

クランク軸４とロータ６とによって形成されるアセンブリの回転と共に、油ポンプ１０も回転し、各開口段部１３によって形成される開口部１３ａを通って油を流入させる。油が開口段部１３の開口部１３ａの中に入ると、その速度は速くなり、前記油はインペラ壁部１４に向かって流れ、油膜とポンプ本体１１の内面との滑りを低減する。油は、ポンプ本体１１の内壁を通って接線方向に流され、上方に推進されて、ポンプ本体に設けられた従来の給油溝に達し、給油溝によって油が相対運動を有する圧縮機の部品に達する。特に図示された形態では、ポンプ本体１１の上端１１ａは、クランク軸４の管状下部４ｂの内部に押圧嵌合されることで取り付けられ、固着される。

本発明を実施する方法では、ポンプ本体１１は、油ポンプ１０の下端１１ｂを画定する半球面部分からの円筒状で、上方はポンプ本体１１の上端１１ａを画定する拡大円筒状部分を有する。好ましい図示された構造のオプションでは、ポンプ本体１１は、拡大部を備えた部分で終わる上述の領域まで、下端１１ｂからの円錐状である。円錐面により、ポンプ本体１１の内側で、インペラ壁部１４への衝突によって流される油の遠心力により上方に引き込む速度が増加する。

開口段部１３は、ポンプ本体１１の側壁１１ｃ内に設けられ、少なくとも部分的に前記ポンプ本体１１の輪郭の内部に突出し、前記側壁部分が油溜まり３の潤滑油に浸される場合、所望の油の圧送を実行することを理解すべきである。開口段部１３は、配設されるいずれの表面でも、前記突出部分が圧縮機内部の利用可能な容積を妨げなければ、ロータ６およびクランク軸４の部品の一方への油ポンプ１０の取り付け領域で、ポンプ本体１１の輪郭から外側に完全に突出することができる。

図示されていないが、ポンプ本体１１は、ポンプ本体１１の壁に角度的に、円周方向に離間された複数の開口段部１３を備えることができる。各開口段部１３は、ポンプ本体１１の回転動作の方向から見て、各開口段部１３の上流側の前記捕集壁部１２の領域に設けられた隣接凹部１３ｂによって少なくとも部分的にポンプ本体１１の輪郭から内側に突出する。

本明細書内で示された概念は、主に一対の開口段部１３を有する下端１１ｂの図示された構造を考慮して説明されているが、この特定の構造は、本明細書で示される最も一般的な概念の範囲内の他の可能な組み合わせを制限するものではないことは理解すべきである。本明細書内で保護されるのは、原理であって、特定の用途または特定の構造形態ではない。

Claims (7)

1. 下方に油溜まり（３）を画定し、下部（４ｂ）を有するクランク軸（４）が内部で軸支されるシリンダブロック（２）と、クランク軸（４）の下部（４ｂ）の周囲に固着される電気モータロータ（６）と、一緒に回転動作するようにクランク軸（４）およびロータ（６）の部品の１つに上方で取り付けられ、油溜まり（３）に浸漬される下端（１１ｂ）を有する管状ポンプ本体（１１）を有する油ポンプ（１０）とを担持するシェル（１）を備える冷凍圧縮機であって、
   管状ポンプ本体（１１）が、
   油に浸漬され、クランク軸（４）の回転軸に対して偏心した、管状ポンプ本体（１１）の内部に油を取り入れるための開口部（１３ａ）を画定する少なくとも１つの捕集壁部（１２）であって、管状ポンプ本体（１１）の断面と交差する平面内に配置された少なくとも１つの開口段部１３を有する捕集壁部（１２）と、
   開口段部（１３）を通る油の流入方向に対して横方向に配置された偏向板を形成する各内側インペラ壁部（１４）であって、管状ポンプ本体（１１）の回転動作と共に、前記油に作用して、油を軸方向および上方に推進する各内側インペラ壁部（１４）と
   を備え、
   管状ポンプ本体（１１）が、線分と凸弧との間で選択された母線を有する回転面によって閉じられた下端（１１ｂ）を有し、捕集壁部（１２）が、管状ポンプ本体（１１）の前記下端（１１ｂ）に画定されることを特徴とする、冷凍圧縮機。
2. 開口段部が、管状ポンプ本体（１１）の回転動作の方向から見て、開口段部（１３）の上流側の前記捕集壁部（１２）の領域に設けられた隣接凹部（１３ｂ）によって、少なくとも部分的に管状ポンプ本体（１１）の輪郭から内側に突出することを特徴とする、請求項１に記載の冷凍圧縮機。
3. 開口段部（１３）と各凹部（１３ｂ）とが、それらが設けられた捕集壁部（１２）の領域で管状ポンプ本体（１１）の周囲によって外側に制限されることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍圧縮機。
4. 管状ポンプ本体（１１）の下端（１１ｂ）が、半球面によって閉じられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷凍圧縮機。
5. 管状ポンプ本体（１１）が、角度的に、円周方向に離間された複数の開口段部（１３）を備え、各開口段部（１３）が、管状ポンプ本体（１１）の回転動作の方向から見て、各開口段部（１３）の上流側の前記捕集壁部（１２）の領域に設けられた隣接凹部（１３ｂ）によって、少なくとも部分的に管状ポンプ本体（１１）の輪郭から内側に突出し、各開口段部（１３）の上流側に配置された凹部（１３ｂ）が、すぐ上流側に配置された別の開口段部（１３）のインペラ壁部（１２）を画定し、インペラ壁部（１２）を画定する各凹部（１３ｂ）が、管状ポンプ本体（１１）の各壁部の変形によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍圧縮機。
6. 開口段部（１３）と各凹部（１３ｂ）とが、それらが設けられた捕集壁部（１２）の領域で管状ポンプ本体（１１）の周囲によって外側に制限されることを特徴とする、請求項５に記載の冷凍圧縮機。
7. 管状ポンプ本体（１１）の下端（１１ｂ）が、半球面によって閉じられていることを特徴とする、請求項６に記載の冷凍圧縮機。

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