JP5972014B2 - 圧縮機及び圧縮機の製造方法 - Google Patents
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Description
また、回転子に作用する遠心力が回転軸に対して均一にならない分、回転子と固定子との間の間隔が、予測できない変動をし、電磁音が発生するという課題があった。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における圧縮機100の全体構成を示す縦断面図である。図2は、図1に示す回転子3及び回転軸2の縦断面図である。図3は、図2に示す回転子3の構成例である。
本実施の形態1に係る圧縮機100は、回転子が回転することで当該回転子の上部の振れ量が大きくなり、回転子と固定子とが接触してしまうことを防止すること、及び回転子と固定子との隙間量変動の増大に伴う電磁音の発生を抑制することを可能とする改良が加えられたものである。
圧縮機100は、外郭を構成する圧縮機外郭200と、圧縮機外郭200内に冷媒を供給するための第1吸入管103A及び第2吸入管103Bと、第1吸入管103A及び第2吸入管103Bに接続される吸入マフラー90と、第1吸入管103A及び第2吸入管103Bに接続され、冷媒を圧縮する圧縮機構部1と、回転軸2、回転子3及び固定子9により構成されるモーター139と、圧縮機外郭200から圧縮された冷媒を吐出する吐出配管104とを有しており、ローリングピストン型の圧縮機である。
圧縮機外郭200は、圧縮機100の外郭を構成するものである。圧縮機外郭200内には、圧縮機構部1及びモーター139などが少なくとも設けられている。
圧縮機外郭200は、圧縮機100の上部の外郭を構成する圧縮機外郭頭部5と、圧縮機100の下部の外郭を構成する底部油溜131と、上側が圧縮機外郭頭部5に取り付けられ、下側が底部油溜131に取り付けられる圧縮機外郭胴体部6とから構成されている。
また、圧縮機外郭胴体部6の内周面には、モーター139の固定子9が取り付けられ、圧縮機外郭胴体部6の内周面であって固定子9の取り付けられる面の下側には、圧縮機構部1が取り付けられている。
第1吸入管103Aの一方は、後述する圧縮機構部1の第1シリンダ21Aと連通するように、圧縮機外郭200の圧縮機外郭胴体部6に接続されているものである。第1吸入管103Aの他方は、吸入マフラー90に接続されている。
第2吸入管103Bの一方は、後述する圧縮機構部1の第2シリンダ21Bと連通するように、圧縮機外郭200の圧縮機外郭胴体部6に接続されているものである。第2吸入管103Bの他方は、吸入マフラー90に接続されている。
吸入マフラー90は、圧縮機100に流入する冷媒音などを低減するマフラーとしての機能を有するものである。また、吸入マフラー90は、液冷媒を貯留可能なアキュムレータとしての機能も有している。この吸入マフラー90は、一方が第1吸入管103A及び第2吸入管103Bに接続されている。
圧縮機構部1は、吸入マフラー90と、第1吸入管103A及び第2吸入管103Bとを介して供給される冷媒を圧縮し、圧縮機外郭200の内部に放出するものである。圧縮機構部1は、圧縮機外郭胴体部6の内側面に取り付けられている。
圧縮機構部1には、第1吸入管103A、第2吸入管103Bから供給される冷媒を圧縮する第1シリンダ21A、第2シリンダ21Bが設けられている。第1シリンダ21Aは、第1吸入管103Aに連通して設けられ、第2シリンダ21Bは、第2吸入管10Aに連通して設けられている。
なお、第1ピストン22Aと第2ピストン22Bとは、第1シリンダ21Aと第2シリンダ21B内を偏心運動が可能なように回転軸2に接続されている。すなわち、第1ピストン22Aは、第2ピストン22Bが第2シリンダ21B内を回転する際の回転位相に対して、180度位相がずれた状態で第1シリンダ21B内を回転することが可能なように、回転軸2に接続されている。同様に、第2ピストン22Bは、第1ピストン22Aが第1シリンダ21A内を回転する際の回転位相に対して、−180度位相がずれた状態で第2シリンダ21B内を回転することが可能なように、回転軸2に接続されている。
一方、第2シリンダ21Bの下側には、回転軸2を回転自在に支持する下軸受24Bが設けられており、第2シリンダ21Bの下側の端面(底部油溜131側の端面)を閉塞している。また、第2シリンダ21Bの上側には、仕切板50が設けられており、第1シリンダ21Aの上側の端面を閉塞している。
なお、上軸受24Aには、第1シリンダ21Aと第1ピストン22Aとによって圧縮された冷媒を放出する弁(図示省略)が設けられており、第1シリンダ21Aと第1ピストン22Aとによって形成される空間と、後述の第1マフラー23Aとを連通させることが可能となっている。また、下軸受24Bには、第2シリンダ21Bと第2ピストン22Bとによって圧縮された冷媒を放出する弁(図示省略)が設けられており、第2シリンダ21Bと第2ピストン22Bとによって形成される空間と、後述の第2マフラー23Bとを連通させることが可能となっている。
下軸受24Bには、第2シリンダ21Bと第2ピストン22Bとによって圧縮された冷媒が供給される第2マフラー23Bが設けられている。なお、この第2マフラー23Bは、図示省略の冷媒流路を介して第1マフラー23Aと連通している。これにより、第2シリンダ21Bと第2ピストン22Bとによって圧縮された冷媒は、第2マフラー23A及び第1マフラー23Aを介して、第1マフラー23Aの冷媒吐出部から圧縮機外郭200の内部に放出されるようになっている。
モーター139は、下端側が圧縮機構部1に接続される回転軸2と、回転軸2が固定され自身の回転を回転軸2に伝達する回転子3と、積層鉄心に複数相の巻線を装着して構成される固定子9とを有している。
回転軸2は、圧縮機構部1の接続位置の上側に回転子3が固定され、回転子3の回転とともに自身が回転し、第1ピストン22A及び第2ピストン22Bを回転させるものである。
さらに、回転軸2は、圧縮機構部1の接続位置の上側に回転子3が固定されている。これにより、回転子3の回転に伴って回転軸2も回転し、第1ピストン22A及び第2ピストン22Bを回転運動させることが可能となっている。
回転子3は、図2に示すように、上部に向かうほどに外径が小さくなるような略円筒形状をしている。すなわち、回転子3は、縦断面形状が略台形形状であり、水平断面形状が外径及び内径が円形のリング形状をしているものである。回転子3には、回転軸2が挿入されて固定されており、回転子3自身の回転が回転軸2を介して第1ピストン22A及び第2ピストン22Bに伝達されるようになっている。
たとえば、回転軸2の下端部を基準点としたとき、基準点からX1だけ上側の位置をP1と定義し、基準点からX2だけ上側の位置をP2と定義し、基準点からX3上側の位置をP3と定義する(なお、X1<X2<X3)。そして、点P1、P2、P3における回転軸2のたわみ量を、それぞれY1、Y2及びY3とする。
また、固定子9の内周面と、点P1の高さ位置における辺L2上の点Z1との間隔をDm1とする。同様に、固定子9の内周面と点P2の高さ位置における辺L2上の点Z2との間隔をDm2とし、固定子9の内周面と点P3の高さ位置における辺L2上の点Z3との間隔をDm3とする。
このとき、「α」は、Y1<Dm1、且つ、Y2<Dm2、且つ、Y3<Dm3を満たすように決定され、「回転軸2のたわみ量の範囲」を包括できるようになっている。
この角度iは、たとえば回転子3の外径Rの平均値Dが77.9(mm)、回転子3の高さXが80(mm)、回転軸2の外径dが22.4(mm)、圧縮機100の最大運転回転数fが120(rps)である場合には、0.03度〜1.36度の範囲となる。
また、回転子3の外周面に角度iを形成する方法としては、外径が同一であるリング形状の電磁鋼板を打ち抜き、これらの外周面を切削加工した後に積層する、或いは、積層した後に切削加工を施す方法を採用してもよい。
さらに、回転子3が複数の電磁鋼板から構成されるのではなく、一体物である場合においては、外周を切削することで回転子3の外周面に角度iを形成すればよい。
なお、回転子3に冷媒流路(図示省略)が形成されるとともに、圧縮機外郭胴体部6と回転子3との間に所定の間隔が形成されている。このため、第1マフラー23Aから放出された高温・高圧の冷媒は、この冷媒流路や所定の間隔を介して圧縮機外郭200内の上側に供給される。
吐出配管104は、圧縮機外郭200内の高温・高圧冷媒を吐出する配管である。この吐出配管104は、一方が流路切替可能な図示省略の四方弁などに接続され、他方が圧縮機外郭200の内外を連通するように圧縮機外郭頭部5に接続されている。
固定子9の積層鉄心に設けられた巻線に電源(図示省略)から電流(電圧)を供給し、固定子9に回転磁界を形成させる。これより、固定子9は、回転子3に設けられた永久磁石と相互作用し、回転子3を回転させる。回転子3の回転は、回転軸2を介して第1ピストン22A及び第2ピストン22Bに伝達され、第1ピストン22A及び第2ピストン22Bを偏心運動させる。
第1ピストン22A及び第2ピストン22Bが偏心運動をすることにより、圧縮機100内に冷媒が引き込まれる。すなわち、圧縮機100に供給される冷媒は、吸入マフラー90と、第1吸入管103A及び第2吸入管103Bとを介して圧縮機構部1に流入する。圧縮機構部1に流入した冷媒の一部は、第1シリンダ21Aと第1ピストン22Aとによって圧縮されて高温・高圧冷媒となる。この高温・高圧冷媒は、上軸受24Aの弁を介して第1マフラー23Aに流入する。第1マフラー23Aに流入した冷媒は、第1マフラー23Aに設けられた図示省略の冷媒吐出部から圧縮機外郭200内の空間に放出される。そして、この圧縮機外郭200内の空間に放出された冷媒は、モーター139などの隙間などを介して圧縮機外郭200内の空間上部に移動し、吐出配管104より吐出される。
図4は、回転子3の上部の振れ量が増大した状態の説明図である。図4を参照して、回転子3と固定子9との間隔について説明する。なお、図4では、副軸受4が設けられておらず、回転軸2が回転子3の上面から突出していない場合を例に説明している。
回転子3は、固定子9が発生する回転磁界からの回転力を受けて回転する。なお、「回転軸2が片持ち接続」、すなわち「回転軸2の下端部側が圧縮機構部1に接続」されているため、回転子3が回転すると、回転子3の上側ほど振れ量が大きくなる。
ここで、回転子3がある方向に振れた状態において、回転子3の外周面と、当該外周面に対向する固定子9の面との間隔は、回転子3及び固定子9の上から下にかけて略同一となっている。たとえば、図4の回転子3及び固定子9の上部に対応する間隔r1と、中間部分に対応する間隔r2と、下部に対応する間隔r3とは略同一となっている。すなわち、回転子3と固定子9との間隔が、上下にかけて均一となっている。
このように、圧縮機100は、たとえば、回転子3及び固定子9の下部では間隔が狭く、回転子3及び固定子9の上部では間隔が広いといった不均一さが生じておらず、回転子3と固定子9との間隔が上から下にかけて均一であるため、電磁音の発生を抑制することができる。
本実施の形態1に係る圧縮機100は、上記の式を満たすように、回転子3の外径が上部に向かうにしたがって小さくなる。これにより、「回転軸2が片持ち接続」であることによって回転子3の上部の振れ量が大きくなっても、回転子3が固定子9に接触してしまうことを抑制することができる。
また、圧縮機運転回転数許容範囲を拡大すると、それに対応して回転子3の振れ量も大きくなり、回転子3と固定子9とが接触しやすくなる。
さらに、ユーザーの用途として、モーター139のトルクを増加させたい等の理由により、回転子3の外径(巾)を大きくしたい場合もあるが、回転子3の外径を大きくすると、その分回転子3の振れ量が大きくなり回転子3と固定子9とが接触しやすくなる。
そして、回転子3の長さを従来より長くすることができれば、価格の高騰している希土類磁石を使用せずに従来と同じトルクを発生させるモーターを圧縮機に搭載することができる。
また、圧縮機運転回転数許容範囲を拡大や回転子3の外径を大きくすることができれば、従来より小径な圧縮機で所望の出力が得られることになる。したがって、圧縮機100が空気調和機に搭載された場合においては、室外機本体の大きさを変えずに熱交換器の大きさを拡大することができ、低コスト、且つ省エネルギーである空気調和機を製作することが可能となる。
図5は、実施の形態2における圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。図6は、図5に示す点線Tにおける水平断面図である。なお、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付している。
実施の形態2は、実施の形態1の圧縮機外郭頭部5及び圧縮機外郭胴体部6とは異なる構成を有する圧縮機外郭頭部5T及び圧縮機外郭胴体部6Tが設けられ、回転軸2の上端側を支持する副軸受4が設けられている。以下に、図5及び図6を参照して、圧縮機外郭頭部5T、圧縮機外郭胴体部6T及び副軸受4について説明する。
圧縮機外郭頭部5Tの内周面には、副軸受4が固定されている。また、圧縮機外郭頭部5Tのうち、圧縮機外郭胴体部6Tの上部に固定される部分の外周面は、圧縮機外郭200の外側から内側に向かう方向に削れるように形成された固定部5Aが形成されている。この固定部5Aの外周面と、圧縮機外郭胴体部6Tの内周面との間には、隙間7が形成されている。
また、圧縮機外郭頭部5Tには、固定部5Aに対して略垂直な接触部5Bが形成されている。圧縮機外郭頭部5Tは、この接触部5Bが圧縮機外郭胴体部6Tの上端側と接触しているため、圧縮機外郭頭部5T自身が圧縮機外郭胴体部6T上に保持されるようになっている。
圧縮機外郭胴体部6Tの上端側は、圧縮機外郭頭部5Tの接触部5Bと接触して設けられている。また、圧縮機外郭胴体部6Tの上端側であって圧縮機外郭胴体部6Tの内周面側は、隙間7を介して固定部5Aの外周面と対向して設けられている。
副軸受4は、回転軸2の上端側を回転自在に支持するものである。副軸受4は、「すべり軸受」で構成されている。このため、副軸受4と回転軸2との間に油膜が形成され、回転軸2の振れ回りに対し油膜反力が発生する。したがって、副軸受4は、この油膜反力により、回転軸2の振れ回りを抑制することができ、転がり軸受よりも騒音の発生を抑えることができるようになっている。副軸受4は、その軸径が摺動損失を極小化するために細径化されている。
副軸受4の上面側であって回転軸2が接続される位置には、冷凍機油を貯留可能な凹部4Aが形成されており、副軸受4の「すべり軸受」としての機能を維持しやすくなっている。なお、副軸受4が冷凍機油を貯留する方法としては、凹部4Aに限定されるものではなく、たとえば、回転軸2に向かって傾斜するように形成された面取り形状を形成してもよい。
腕部8は、冷凍機油を捕捉して副軸受4に冷凍機油を流すことができるように副軸受4の外周縁に接続されている。すなわち、圧縮機外郭200の内部に対流する冷媒に含まれる冷凍機油であってモーター139の上部の空間で遠心分離された冷凍機油は、腕部8で捕捉された後に、腕部8を伝って副軸受4に流れる。
より詳細には、組み立て作業者は、圧縮機外郭200内に設けられる圧縮機構部1から連なる回転軸2を回転させながら回転軸2を副軸受4に接続する。これにより、回転軸2と副軸受4との接続における「同心からずれ」が小さくなるように副軸受4が移動し、副軸受4に固定されている圧縮機外郭頭部5Tも副軸受4と共に移動して位置がならされる。すなわち、圧縮機外郭頭部5Tは、圧縮機外郭胴体部6Tに対して、回転軸2と副軸受4との接続における「同心からずれ」の分だけ水平方向に移動する。
このように、圧縮機構部1に接続されている回転軸2と、回転子3の上方に設けられる副軸受4との同心度を保証する作業と、圧縮機外郭頭部5Tと圧縮機外郭胴体部6Tを溶接する作業とを連続的に実施することができ、圧縮機101の組立時間を低減することが可能となっている。
本実施の形態2に係る圧縮機101は、実施の形態1に係る圧縮機100の有する効果に加えて以下の効果を奏する。本実施の形態2に係る圧縮機101は、回転軸2が圧縮機構部1に接続されるだけでなく、副軸受4に接続されて回転するため、回転子3の振れ量が低減し、上述の「回転子3が固定子9に接触」することを抑制する効果と、「電磁音の発生」を抑制する効果と、「摺動損失を低減と、回転子3が固定子9に接触防止とを両立」する効果とをさらに大きくすることができる。
Claims (5)
- 圧縮機外郭と、
前記圧縮機外郭内に設けられる固定子、当該固定子によって回転する永久磁石を持った回転子を有するモーターと、
冷媒を圧縮するピストン、及び当該ピストンを収容するシリンダを有する圧縮機構部と、
前記圧縮機構部を下側に接続し、前記回転子を上側に接続する回転軸と、
前記圧縮機構部に設けられ、前記回転軸の下側部分に前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、
前記回転子の上端部側に接続され、前記回転軸を回転自在に支持する副軸受と、
を備え、
前記回転子は、
前記回転子の外径が当該回転子の下側に比べて当該回転子の上側が小さくなっており、
前記圧縮機外郭は、
前記固定子、及び前記圧縮機構部が固定される圧縮機外郭胴体部と、
前記圧縮機外郭胴体部の上側に取り付けられ、前記副軸受が固定される圧縮機外郭頭部とを有し、
前記圧縮機外郭頭部は、
前記圧縮機外郭胴体部の上端面に接触し、前記上端面に保持される接触部と、
前記接触部から鉛直下側に延設され、前記圧縮機外郭胴部の内側に配置され、前記圧縮機外郭胴体部の内周面と対向する対向部とが形成され、
前記対向部と前記圧縮機外郭胴体部の内周面との間には、隙間が形成されている
ことを特徴とする圧縮機。 - 前記回転子は、
前記回転子の外径が当該回転子の上側に向かうにしたがって小さくなるテーパー状に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。 - 前記副軸受は、
前記軸受と調芯可能なすべり軸受で構成した
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧縮機。 - 前記副軸受には、
当該副軸受の上面側であって回転軸の接続位置に、冷凍機油を貯留する凹部が形成された
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧縮機。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧縮機の製造方法であって、
回転軸を圧縮機外郭頭部に取り付けられた副軸受に挿入し、前記圧縮機外郭頭部を圧縮機外郭胴体部上に載置する第1の工程と、
前記回転軸を回転させて前記回転軸と前記副軸受との調芯をし、前記圧縮機外郭頭部の載置位置を前記第1の工程の載置位置から水平方向にずらす第2の工程と、
前記圧縮機外郭胴体部と、前記第2の工程で載置位置が水平方向にずれた前記圧縮機外郭頭部とを溶接する第3の工程とを備えた
ことを特徴とする圧縮機の製造方法。
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