JP6049270B2 - ロータリー圧縮機 - Google Patents
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Description
そして、シリンダ2とピストンロータ3との間に形成された圧縮室に冷媒を吸い込み、ピストンロータ3の回転により圧縮室容積が減少して冷媒を圧縮して吐出する。
しかし、このような構成では、ピストンロータ3と下側の軸受5Bとの摩擦が大きくなるので、シャフト4の回転駆動力のロスが増大し、冷媒の圧縮効率の低下を招く。
しかし、このような構成では、モータ6が高速回転になり弱め界磁制御がなされる場合には、モータ6で発生する磁界が弱くなり、ロータ6Aおよびシャフト4を上方に浮き上がらせる力が弱まり、シャフト4が下降して下側の軸受5Bに接触してしまい、騒音が発生する。
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、騒音の発生を有効に抑制することのできるロータリー圧縮機を提供することを目的とする。
本発明のロータリー圧縮機によれば、ロータとシャフトとが、ジョイント機構により、シャフトの軸線方向に沿って相対移動可能に設けられ、モータの作動中にロータがステータで発生する磁界により一定の位置に保持された状態、つまりロータがフローティングした状態では、シャフトにはロータの自重が作用しない。したがって、シャフトがその軸線方向に変位して振動等が生じたとしても、ロータとシャフトとが一体に振動する場合に比較し、その振動を低減することができる。
ここで、ステータが発生する磁界によってロータがシャフトの軸線方向に変位するときに、スライド部がガイド部の一端に突き当たることで、ロータとともにシャフトを変位させる構成とすることもできる。これにより、ロータとともにシャフトをフローティングさせることができ、シャフトによる振動の発生も抑えることができる。
この場合、さらに、ケースに固定され、ロータ側カップリング部材を回転自在に支持する軸受を備えることもできる。これにより、ロータ側カップリング部材およびロータの回転を安定して支持することができる。
[第一の実施形態]
図1は、本実施の形態におけるロータリー式の圧縮機10の構成を示す図である。
この図1に示すように、圧縮機10は、図1において上下方向に中心軸を有した円筒状の密閉型のケース11内に、ディスク状のシリンダ20A、20Bが上下2段に設けられた、いわゆる2気筒タイプである。シリンダ20A、20Bの中央部には、それぞれ、上下方向に軸線を有した円筒状のシリンダ内壁面20Sが形成されている。
ここで、上段側のピストンロータ21Aと、下段側のピストンロータ21Bとは、その位相が互いに異なるように設けられている。
また、上下のシリンダ20A、20Bの間には、ディスク状の仕切板24が設けられている。仕切板24により、上段側のシリンダ20A内の空間Rと、下段側のシリンダ20Bの空間Rとが互いに連通せずに圧縮室R1と圧縮室R2とに仕切られている。
そして、シャフト23には、ピストンロータ21A、21Bの内側に、シャフト23の中心軸から直交する方向にオフセットした偏心軸部40A、40Bが形成されている。偏心軸部40A、40Bは、ピストンロータ21A、21Bの内径よりもわずかに小さな外径を有している。これにより、シャフト23が回転すると、偏心軸部40A、40Bがシャフト23の中心軸周りに旋回し、上下のピストンロータ21A、21Bがシリンダ20A、20B内で、偏心転動する。このとき、ブレード25は、コイルバネ28により押圧されているため、先端部25bがピストンロータ21A、21Bの動きに追従して進退し、ピストンロータ21A、21Bに常に押し付けられる。
アキュムレータ14には、アキュムレータ14内の冷媒を圧縮機10に吸入させるための吸入管16A、16Bが設けられている。吸入管16A、16Bの先端部は、開口部12A、12Bを通して、吸入ポート30A、30Bに接続されている。
そして、ピストンロータ21A、21Bの偏心転動により、圧縮室R1、R2の容積が徐々に減少して冷媒が圧縮される。シリンダ20A、20Bの所定の位置には、冷媒を吐出する吐出穴(図示無し)が形成されており、この吐出穴にはリード弁(図示無し)が備えられている。これにより、圧縮された冷媒の圧力が高まると、リード弁を押し開き、冷媒をシリンダ20A、20Bの外部に吐出する。吐出された冷媒は、ケース11の上部に設けられた吐出管42から外部の図示しない配管に排出される。
図3に示すように、シャフト23には、その外周面に、その軸線方向に沿って連続するガイド溝50が形成されている。
一方、ロータ37は、円筒状で、その中心部に形成された孔51にシャフト23が挿通されている。孔51の内周面には、シャフト23の軸線方向に沿って連続するガイド突起52が形成されている。ガイド突起52は、ガイド溝50内に挿入された状態で、ガイド溝50が連続する方向に相対的にスライド移動可能とされている。これにより、ロータ37は、シャフト23の軸線方向に沿ってスライド移動可能となっている。
これによって、ピストンロータ21Bが下方の軸受29Bに接触するのを抑え、騒音の発生を抑制することができる。
この他、従来はロータとシャフトとが焼き嵌めされて一体化されていたが、その焼き嵌め精度により、ロータとシャフトの軸線方向位置にばらつきが生じていたが、上記のようにシャフト23の軸線方向にロータ37をスライド移動可能に設けることによって、シャフト23とロータ37の軸線方向位置のばらつきの問題からは解放される。
なお、上記第一の実施形態で示した構成に、以下に示すような構成を組み合わせることもできる。
例えば、図4(a)、(b)に示すように、シャフト23の中心部に、その軸線方向に連続する潤滑油孔55が形成され、この潤滑油孔55に連続して、ガイド溝50の底部50cに開口する給油孔56が、ガイド溝50の長さ方向に沿って複数形成されている。
このような構成によれば、シャフト23の回転に伴って、遠心ポンプと同様の原理で、圧縮室内の、潤滑油を含んだ冷媒が、潤滑油孔55の下端部から吸い上げられ、給油孔56からガイド溝50内に吐出される。これにより、ガイド溝50とガイド突起52との間が潤滑され、その摺動抵抗が低減され、シャフト23とロータ37との動きを、それぞれ独立して滑らかに行うことができる。したがって、磁界が弱まってロータ37が下降したときにも、シャフト23がこれに追従しにくくなり、騒音の発生を抑制することができる。
このような構成においても、潤滑油孔58で吸い上げた潤滑油を給油孔59からガイド溝50とガイド突起52との間に供給することができ、それらの潤滑性を高めることができる。
次に、本発明にかかるロータリー圧縮機の第二の実施形態を示す。以下に示す第二の実施形態においては、上記第一の実施形態との差異は一部の構成のみであり、それ以外の圧縮機10の全体的な構成は上記第一の実施形態と同様である。したがって、以下においては、上記第一の実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、上記第一の実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
上記第一の実施形態では、シャフト23が円筒状のロータ37の中心部を貫通する構成としたが、図6(a)を示すように、本実施形態における圧縮機10においては、シャフト61は、ロータ62を貫通せず、シャフト61の上端部が、カップリング機構63を介してロータ62に接続された構成を有している。
ロータ62は、圧縮機10が起動してしまえば、ステータ38で生じる磁界とロータ62が備える永久磁石による磁界により、浮上した状態を維持するため、運転中に騒音が発生するのを抑制できる。
圧縮機10の起動時、停止時において、ステータ38で生じる磁界がON・OFFするときにおける、ロータ62とともに下降する上部カップリング部材65と下部カップリング部材64との衝突音を抑制するのであれば、図6(b)に示すように、上部カップリング部材65と下部カップリング部材64との間に、ゴム系材料や樹脂系材料等からなる緩衝部材66を挟み込むのが好ましい。
図1に示した、二組のシリンダ20A、20Bとピストンロータ21A、21Bとを備える2気筒の圧縮機10においては、シャフト61に一体に設けられた一方のピストンロータ21Aと他方のピストンロータ21Bとでバランスを相殺できるが、一組のシリンダとピストンロータ21Aを備える1気筒の圧縮機に本実施形態の構成を適用した場合、図16に示すように、ピストンロータ21Aに抜き穴90を形成したり、後述のようにシャフト61に形成する給油孔67をオフセットさせることで、シャフト61のバランスを取ることができる。
図8(a)に示すように、上部カップリング部材65を、外周部を圧縮機10のケース11に溶接または圧入等によって固定したラジアル軸受68によって回転自在に支持する構成とすることもできる。
このような構成によれば、下部カップリング部材64と上部カップリング部材65との間のクリアランスによって、上部カップリング部材65およびロータ62の回転動作が不安定になることもなく、これらを安定させて動作させることができる。これによって、上部カップリング部材65およびロータ62の半径方向の振動が抑制され、モータ36の電磁音が低減できる。
加えて、ロータ62が不意に落下した場合にも、ロータ62をラジアル軸受68の上面で受けることができ、ロータ62の下方への変位を規制することができる。
このような構成によれば、上部カップリング部材65およびロータ62を、スラスト軸受69上で安定して回転させることができる。これによって、ロータ62の回転時の摺動摩擦を著しく低減することができ、モータ36および圧縮機10の性能が向上する。
なお、下部カップリング部材64と上部カップリング部材65との間にクリアランス(逃がし)が設けられているので、この逃がし部分で上部カップリング65と一体になっているロータ62が上下方向に動ける余裕がある。したがって、先に説明したように、ロータ62とステータ38の間にオフセットを設けておけば、ロータ62をフローティングさせることができる。このとき,上部カップリング65は,スラスト軸受に固定しない。したがってこの場合のスラスト軸受69は,上部カップリング65が落下してきたときの受け皿になるのみであるから、平滑な軸受面があれば足りる。
一方、上部カップリング65をスラスト軸受69に固定した方が安定する。ただし、この形態を採用すると、ロータ62はフローティングできないことになる。このとき、スラスト軸受69は、できるだけ摩擦が少なくなるよう、ころなどの転動体を備える軸受を用いることが好ましい。
このようなカップリング機構63においても、シャフト61とロータ62とを、回転方向には拘束しつつ、シャフト61の軸線に沿った上下方向には移動自在に連結することができる。このようなカップリング機構63は製作が容易であり、より低コストで上記効果を得ることができる。
このようなカップリング機構63においても、シャフト61とロータ62とを、回転方向には拘束しつつ、シャフト61の軸線に沿った上下方向には移動自在に連結することができる。特に、上部ハブ77と下部ハブ78との間に、回転方向のガタが生じないため、シャフト61とロータ62との回転力伝達がスムーズに行える。
上記した第1および第2の実施形態に示した構成には、以下に示すような構成を組み合わせることができる。
すなわち、図10(a)に示すように、圧縮機10のモータ36の上下の空間A1、A2においては、その寸法によって、モータ36の回転時に生じる振動の一次成分が、空間A1、A2の音響固有周波数と共鳴する場合がある。共鳴が生じると、モータ36の振動による圧力変動が増幅され、その結果、ロータ37、62が上下に強く加振されることがある。
これを防ぐために、モータ36の上方の空間A1、あるいは下方の空間A2(図10(a)の例では上方の空間A1)に、円板状の干渉板80を設けることができる。これにより、空間A1あるいはA2の音響固有周波数を、モータ36の最高回転数における振動の一次成分よりも高めるのである(1気筒の圧縮機の場合)。なお、二組のシリンダ20A、20Bとピストンロータ21A、21Bとを備える2気筒の圧縮機10においては、空間A1あるいはA2の音響固有周波数を、モータ36の最高回転数における振動の二次成分よりも高める。
また、図10(a)、(b)に示すように、干渉板80には、冷媒を通すための貫通孔81を形成する。この貫通孔81は、冷媒の吐出管42から離間した位置に形成するのが好ましい。
また、干渉板80により、冷媒に含まれる潤滑油が捕捉されるため、冷媒中の油量百分率であるOC%を低減させることができ、OC%低減のために設けられている吐出管42のケース11への挿入長さを短くすることができ、コストダウンを図ることができる。
このような構成とすれば、ロータ37、62の回転時の慣性が増大し、これによってロータ37、62の回転を安定させてトルク変動を抑制することができる。
このような構成によれば、上部カップリング部材65およびロータ62を安定させて動作させることができる。これによって、上部カップリング部材65およびロータ62の半径方向の振動が抑制され、モータ36の電磁音が低減できる。
しかも、このラジアル軸受88が干渉板80としても機能するため、冷媒と潤滑油の分離効率を高めることが可能となる。
また、上記では、二組のシリンダ20A、20Bとピストンロータ21A、21Bとを備える2気筒の圧縮機10を例に挙げたが、1気筒、または3気筒以上の圧縮機にも本発明は適用できる。
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したり、適宜組み合わせることが可能である。
11 ケース
20A,20B シリンダ
21A、21B ピストンロータ
23、61 シャフト
29A、29B 軸受
36 モータ
37、62 ロータ
38 ステータ
50 ガイド溝(ガイド部、ジョイント機構)
50a 上端部
50b 下端部
52 ガイド突起(スライド部、ジョイント機構)
63 カップリング機構(ジョイント機構)
64 下部カップリング部材(シャフト側カップリング部材)
65 上部カップリング部材(ロータ側カップリング部材)
64b、65b 突起
64c、65c 凹部
66 緩衝部材
68、88 ラジアル軸受
69 スラスト軸受
80 干渉板
Claims (8)
- 外殻を形成するケース内に、
内部に冷媒が供給されるシリンダと、
前記シリンダの上下に設けられた軸受に回転自在に支持され、前記シリンダ内を貫通するシャフトと、
前記シャフトの中心軸に対し直交する方向に偏心して設けられ、前記シリンダ内で前記シリンダの中心に対して偏心して回転駆動されるピストンロータと、
前記シャフトをその中心軸周りに回転駆動させるステータおよびロータを有するモータと、を備え、
前記ロータと前記シャフトとを前記シャフトの軸線方向に沿って相対移動可能とするとともに、前記シャフトの軸線周りの回転を前記ロータに伝達するジョイント機構により前記ロータと前記シャフトとが連結され、
前記ロータが回転している状態において、前記シャフトには前記ロータの自重が作用しないことを特徴とするロータリー圧縮機。 - 前記ジョイント機構として、前記シャフトの外周面に、前記シャフトの軸線方向に連続するガイド部が形成されるとともに、前記ロータに前記ガイド部に沿ってスライド移動可能なスライド部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のロータリー圧縮機。
- 前記ステータが発生する磁界によって前記ロータが前記シャフトの軸線方向に変位するときに、前記スライド部が前記ガイド部の一端に突き当たることで、前記ロータとともに前記シャフトを変位させることを特徴とする請求項2に記載のロータリー圧縮機。
- 前記ジョイント機構として、前記シャフトの端部に設けられたシャフト側カップリング部材と、前記ロータの端部に設けられて前記シャフト側カップリング部材に対向するロータ側カップリング部材とを備え、
前記シャフト側カップリング部材および前記ロータ側カップリング部材とが、一方から他方に向けて突出する突起と、他方に形成され、前記突起が挿入される凹部とを備えて、前記突起が、前記凹部内で前記シャフト側カップリング部材と前記ロータ側カップリング部材とを互いに接近・離間する方向にスライド可能とされていることを特徴とする請求項1に記載のロータリー圧縮機。 - 前記ケースに固定され、前記ロータ側カップリング部材を回転自在に支持する軸受をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載のロータリー圧縮機。
- 前記シャフトに、前記ロータリー圧縮機で圧縮する冷媒に含まれる潤滑油を前記ジョイント機構に供給する給油孔が形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のロータリー圧縮機。
- 前記ロータは、
回転していなければ、その磁力中心が、前記ステータの磁力中心に対し、前記シャフトの軸方向に沿って下方にオフセットして配置されており、
回転すれば、前記ステータに対し、所定位置まで前記ロータが上方に浮上するとともに前記シャフトも浮上することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のロータリー圧縮機。 - 弱め界磁制御が前記モータになされると、
前記ロータは、浮上の状態を維持したままで、前記所定位置より降下し、
前記シャフトは、下降して浮上の状態が解かれることを特徴とする請求項7に記載のロータリー圧縮機。
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