JP6192801B2

JP6192801B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP6192801B2
Application number: JP2016503903A
Authority: JP
Inventors: 山下　智弘; 智弘山下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2034-02-24
Also published as: CN105874203A; JPWO2015125304A1; CN105874203B; WO2015125304A1

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。

従来より、圧縮機は、冷凍サイクル回路の一部の構成要素として、例えば空気調和装置や冷凍機等に搭載されている。このような従来の圧縮機には、スクロール式の圧縮機構部を備えたものとして、例えば「密閉容器内に、圧縮機構部と電動機とオイル溜まりを配し、前記圧縮機構部は、鏡板に渦巻状のラップを有する固定スクロールと、この固定スクロールのラップに対向して噛み合うラップを有する旋回スクロールと、この旋回スクロールを前記固定スクロールとにより挟む位置に設けられた主軸受部材と、前記旋回スクロールの鏡板に設けられた旋回軸受部に嵌合し、前記旋回スクロールを旋回運動させる旋回軸を有するクランクシャフトと、前記主軸受部材に設けられ前記クランクシャフトを軸支する主軸受部と、同じく前記主軸受部材に前記旋回スクロールの鏡板の旋回軸受側空間を高圧部と低圧部に仕切る仕切り手段を有し、前記クランクシャフトの下端で駆動されるポンプにより前記オイル溜まりのオイルを前記クランクシャフトに軸方向に貫通する給油通路を通じて前記旋回軸上端の旋回軸受部空間に供給する給油機構を有し、前記旋回軸受部空間と前記仕切り手段の低圧側を連通する給油経路を設けた密閉型スクロール圧縮機において、前記クランクシャフトの径方向に前記給油通路内のオイルを排出するための排油孔を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機」（特許文献１参照）というものが提案されている。

特開２００６−３３６５４１号公報（請求項１、図１）

圧縮機に搭載されている電動機は、電動機の発熱による電動機内部の磁石の減磁及び電動機焼損を回避するため、電動機の使用温度が制限されている。すなわち、この電動機の制限により、圧縮機の運転可能範囲が制限される。このため、圧縮機の運転可能範囲を広げるためには、つまり、広範囲の運転圧力条件で圧縮機を運転可能とするためには、圧縮機の発熱を抑制する必要がある。

ここで、特許文献１に記載の圧縮機は、電動機よりも上方となる位置に排油孔が配置されている。このため、一見すると、特許文献１に記載の圧縮機は、排油孔から排出されたオイル（潤滑油）が電動機に滴下することで、電動機を冷却でき、電動機の発熱を抑制できるように思われるかもしれない。しかしながら、特許文献１に記載の圧縮機は、圧縮機構部で圧縮された高温高圧の冷媒が貯留されている高圧空間内に電動機が配置されている。このため、特許文献１に記載の圧縮機においては、排油孔から排出されたオイルは高温の冷媒に加熱された後に電動機に滴下することとなる。つまり、特許文献１に記載の圧縮機は、その他の従来の圧縮機と同様、オイル供給箇所（例えば軸受部等の摺動箇所）へのオイル供給、排油、及び排油をオイル溜まりへ返す返油を繰り返すのみであり、オイルによる電動機の発熱抑制効果は得られない。

すなわち、従来の圧縮機は、電動機の発熱抑制効果を向上させ、運転可能範囲の広い圧縮機が望まれているという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電動機の発熱を従来よりも抑制でき、運転可能範囲を広げることが可能な圧縮機を得ることを目的としている。

本発明に係る圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、電動機と、軸方向に給油通路が形成され、前記電動機の駆動力を前記圧縮機構部に伝達するシャフト部と、前記シャフト部の下端部に設けられたポンプと、前記シャフト部を回転自在に支持する複数の軸受部と、吸入口及び吐出口を有し、下部にオイル溜まりが形成され、前記圧縮機構部、前記電動機、前記シャフト部、前記ポンプ及び前記軸受部を収容する密閉容器と、を備え、前記オイル溜まりに貯留されたオイルを前記ポンプで吸い上げ、該オイルを前記給油通路を介してオイル供給箇所に供給する圧縮機において、前記密閉容器の少なくとも一部に、前記吸入口から吸入された冷媒を貯留する低圧空間が形成され、前記電動機は該低圧空間内に配置され、前記シャフト部は、前記低圧空間内であり前記電動機よりも上方であって、かつ前記圧縮機構部及び前記軸受部と対向しない位置に、前記給油通路に連通する排油孔が当該シャフト部の径方向に形成されており、前記排油孔は、前記吸入口以下の高さで前記吸入口と対向する位置に形成されているものである。

本発明に係る圧縮機は、電動機よりも上方となる位置であって、かつ圧縮機構部及び軸受部と対向しない位置に、給油通路に供給されたオイルを排出する排油孔を備えている。また、排油孔は、吸入口以下の高さに配置されている。このため、排油孔から排出されたオイルは、電動機に滴下することとなる。さらに、本発明に係る圧縮機においては、吸入口から吸入された低温低圧の冷媒が貯留される低圧空間内に、電動機及び排油孔が配置されている。ここで、本発明に係る圧縮機においては、圧縮機内部の各温度の関係が、（吸入口から吸入された低温低圧の冷媒）＜（オイル溜まりのオイルの温度）＜（電動機）となる。このため、排油孔から排出されたオイルは、吸入口から吸入された低温低圧の冷媒によって冷却された後に電動機に滴下する。したがって、本発明に係る圧縮機は、電動機に滴下したオイルによって電動機を従来よりも冷却できるため、電動機の発熱抑制効果を従来よりも向上させ、圧縮機の運転可能範囲を広げることができる（より広範囲の運転圧力条件で圧縮機が運転可能となる）。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。図１に基づいて、スクロール圧縮機１００の構成及び動作について説明する。このスクロール圧縮機１００は、例えば空気調和装置や冷凍機に用いられる冷凍サイクル回路の構成の一つとなるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

スクロール圧縮機１００は密閉容器１を備えており、該密閉容器１には、圧縮機構部１０、電動機２０、シャフト部３０、ポンプ５１及び軸受部（後述するスラスト軸受６、主軸受７及び副軸受９等）等が収容されている。図１に示すように、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００は、圧縮機構部１０が上側に、電動機２０が下側に、それぞれ配置されている。

密閉容器１は、略円筒形状をしており、吸入口１ａを有し、天面部には吐出口１ｂを有している。また、吸入口１ａには吸入配管２が接続されており、吐出口１ｂには吐出配管３が接続されている。さらに、密閉容器１の下部には、軸受部や圧縮機構部１０の摺動箇所等を潤滑するためのオイル（潤滑油）を貯留するオイル溜まり１ｅが形成されている。また、密閉容器１にはフレーム５が設けられている。このフレーム５と圧縮機構部１０の後述する固定スクロール１１とによって密閉容器１内が区切られ、吸入口１ａから吸入された低温低圧の冷媒を貯留する低圧空間１ｃ、及び、圧縮機構部１０で圧縮された高温高圧の冷媒（吐出口１ｂから吐出される冷媒）を貯留する高圧空間１ｄが形成されている。

圧縮機構部１０は、密閉容器１内に吸入された冷媒を圧縮するものであり、固定スクロール１１及び旋回スクロール１２を備えている。

固定スクロール１１は、固定スクロール台板１１ｂと、固定スクロール台板１１ｂの一方の面に立設された渦巻状突起である固定スクロール渦巻状突起１１ａと、で構成されている。また、旋回スクロール１２は、旋回スクロール台板１２ｂと、旋回スクロール台板１２ｂの一方の面に立設された渦巻状突起である旋回スクロール渦巻状突起１２ａと、で構成されている。なお、旋回スクロール台板１２ｂの他方の面（旋回スクロール渦巻状突起１２ａの形成面とは反対側の面（背面））の略中心部には、ボス部１２ｃが形成されている。このボス部１２ｃには、シャフト部３０の上端に設けられた偏心軸部３０ａが挿入される。

固定スクロール１１及び旋回スクロール１２は、固定スクロール渦巻状突起１１ａと旋回スクロール渦巻状突起１２ａとを互いに組み合わせ、密閉容器１内に装着されている。固定スクロール渦巻状突起１１ａと旋回スクロール渦巻状突起１２ａの間には、相対的に容積が変化する圧縮室１３が形成される。

固定スクロール１１は、フレーム５にボルト等によって固定されている。固定スクロール１１の固定スクロール台板１１ｂの中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出口１１ｃが形成されている。そして、圧縮され、高圧となった冷媒ガスは、固定スクロール１１の上部に設けられている高圧空間１ｄに排出されるようになっている。高圧空間１ｄに排出された冷媒ガスは、吐出配管３を介して冷凍サイクルに吐出されることになる。なお、吐出口１１ｃには、高圧空間１ｄから吐出口１１ｃ側への冷媒の逆流を防止する吐出弁１４が設けられている。

旋回スクロール１２は、圧縮機運転中に生じるスラスト軸受荷重がスラスト軸受６を介してフレーム５で支持されるようになっている。また、旋回スクロール１２は、自転運動を阻止するためのオルダムリング４により、固定スクロール１１に対して自転運動することなく公転旋回運動（揺動運動）を行うようになっている。なお、オルダムリング４は、旋回スクロール台板１２ｂの旋回スクロール渦巻状突起１２ａ形成面側に設置するようにしてもよい。

電動機２０は、シャフト部３０に固定された回転子２２、及び、密閉容器１に固定された固定子２１を備えている。回転子２２は、固定子２１への通電を開始することにより回転駆動し、シャフト部３０を回転させるようになっている。図１に示すように、この電動機２０は、低圧空間１ｃ内に配置されている。

シャフト部３０は、電動機２０の駆動力を圧縮機構部１０の旋回スクロール１２に伝達するものであり、回転子２２の回転に伴って回転することで旋回スクロール１２を旋回させるようになっている。このシャフト部３０の上部（偏心軸部３０ａ近傍）は、フレーム５に設けられた主軸受７によって回転自在に支持されている。一方、シャフト部３０の下部は、副軸受９によって回転自在に支持されている。この副軸受９は、密閉容器１の下部に設けられたサブフレーム８の中央部に形成された軸受収納部に設けられている。

また、シャフト部３０の上部には、旋回スクロール１２が偏心軸部３０ａに装着されて揺動することにより生じるアンバランスを相殺するため、第１バランスウェイト４１が設けられている。回転子２２の下部には、旋回スクロール１２が偏心軸部３０ａに装着されて揺動することにより生じるアンバランスを相殺するため、第２バランスウェイト４２が設けられている。

上記のように構成されたシャフト部３０には、当該シャフト部３０の軸方向に貫通する給油通路５２（貫通孔）が形成されている。そして、シャフト部３０の下端部には、オイル溜まり１ｅに貯留されたオイルを吸い上げて給油通路５２に供給するポンプ５１が設けられている。ポンプ５１によって給油通路５２に供給されたオイルは、給油通路５２の上端部から流出し、偏心軸部３０ａと旋回スクロール１２のボス部１２ｃとの間を潤滑する。その後、このオイルの一部は、主軸受７を潤滑した後、低圧空間１ｃに排出され、返油通路を通ってオイル溜まり１ｅに戻る。また、このオイルの一部は、スラスト軸受６を潤滑した後、排油パイプ５５及び返油通路を通ってオイル溜まり１ｅに戻る。

なお、返油通路とは、例えば、密閉容器１と固定子２１との間に形成された通路、固定子２１と回転子２２との間の隙間等である。また、偏心軸部３０ａ及び／又は主軸受７と対向する位置において、シャフト部３０の径方向に給油通路５２と連通する貫通孔を形成し、当該貫通孔を介して偏心軸部３０ａ及び／又は主軸受７にオイルを供給してもよい。また、本実施の形態１では給油通路５２を貫通孔で形成したが、ポンプ５１から給油通路５２にオイルを供給できる構成であれば、給油通路５２の下端部が閉塞されていてもよい。また、給油通路５２のオイルをオイル供給箇所（偏心軸部３０ａとボス部１２ｃとの間、主軸受７等）に供給できる構成であれば、給油通路５２の上端部が閉塞されていてもよい。

さらに、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００のシャフト部３０には、低圧空間１ｃ内であり電動機２０よりも上方であって、かつ圧縮機構部１０（より詳しくは旋回スクロール１２のボス部１２ｃ）及び主軸受７と対向しない位置に、給油通路５２に連通する排油孔５３が当該シャフト部３０の径方向に形成されている。より詳しくは、本実施の形態１においては、排油孔５３は、密閉容器１の吸入口１ａ以下の高さに配置されている。

次に、スクロール圧縮機１００の動作について説明する。
固定子２１に通電すると、固定子２１の電線部に電流が流れ、磁界が発生する。この磁界は、回転子２２を回転させるように働く。つまり、固定子２１と回転子２２にトルクが発生し、回転子２２が回転する。回転子２２が回転すると、それに伴いシャフト部３０が回転駆動される。シャフト部３０が回転駆動されると、オルダムリング４により自転を抑制された旋回スクロール１２が公転旋回運動を行う。

これにより、吸入口１ａから密閉容器１の低圧空間１ｃ内に流入した冷媒は、フレーム５の吸入ポート（図示せず）を介して圧縮室１３内へ吸入される。圧縮室１３は、旋回スクロール１２の公転旋回運動により旋回スクロール１２の中心へ移動し、さらに体積が縮小される。この工程により、圧縮室１３に吸入された冷媒は圧縮されていく。圧縮された冷媒は、固定スクロール１１の吐出口１１ｃを通り、吐出弁１４を押し開けて高圧空間１ｄに流入する。そして、吐出口１ｂ及び吐出配管３を介して密閉容器１から吐出される。

一方、シャフト部３０が回転駆動されると、シャフト部３０の下端部で駆動するポンプ５１により、オイル溜まり１ｅに貯留されたオイルが吸い上げられて給油通路５２に流入する。この給油通路５２に流入した一部は、上述のようにオイル供給箇所（偏心軸部３０ａとボス部１２ｃとの間、主軸受７等）に供給されて、オイル供給箇所を潤滑する。さらに、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００はシャフト部３０に排油孔５３が形成されているため、給油通路５２に流入した一部は、シャフト部３０の遠心力によって排油孔５３から排出される。そして、シャフト部３０から排出されたオイルは、電動機２０に滴下する。

ここで、本実施の形態１では、電動機２０及び排油孔５３が低圧空間１ｃに配置されている。この低圧空間１ｃでは、スクロール圧縮機１００内部の各温度の関係が、（吸入口１ａから吸入された低温低圧の冷媒）＜（オイル溜まり１ｅのオイルの温度）＜（電動機２０）となる。このため、電動機２０は、吸入口１ａから吸入された低温低圧の冷媒によって冷却されると共に、排油孔５３から排出されたオイルによっても冷却される。このため、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００は、従来よりも電動機２０の発熱抑制効果が向上する。

以上、本実施の形態１のように構成されたスクロール圧縮機１００においては、低圧空間１ｃ内であり電動機２０よりも上方となる位置であって、かつ圧縮機構部１０及び軸受部と対向しない位置に、給油通路５２に供給されたオイルを排出する排油孔５３を備えている。このため、電動機２０は、吸入口１ａから吸入された低温低圧の冷媒によって冷却されると共に、排油孔５３から排出されたオイルによっても冷却される。このため、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００は、従来よりも電動機２０の発熱抑制効果が向上し、スクロール圧縮機１００の運転可能範囲を広げることができる（より広範囲の運転圧力条件でスクロール圧縮機１００が運転可能となる）。

また、排油孔５３を密閉容器１の吸入口１ａ以下の高さに配置することにより、電動機２０の発熱抑制効果をさらに向上でき、スクロール圧縮機１００の運転可能範囲をさらに広げることができる。詳しくは、低圧空間１ｃに貯留されている冷媒はフレーム５、電動機２０、シャフト部３０及びオイル溜まり１ｅのオイル等によって加熱される。このため、吸入口１ａから低圧空間１ｃ内に流入してきた冷媒は、低圧空間１ｃ内にすでに貯留されている冷媒と比べ、温度が低い。したがって、吸入口１ａから低圧空間１ｃ内に流入してきた冷媒は、下側へ流れようとする。このとき、排油孔５３を密閉容器１の吸入口１ａ以下の高さに配置することにより、排油孔５３から排出されたオイルは、吸入口１ａから低圧空間１ｃ内に流入してきた冷媒に冷却されるため、さらに低温になる。このため、排油孔５３を密閉容器１の吸入口１ａ以下の高さに配置することにより、電動機２０の発熱抑制効果をさらに向上でき、スクロール圧縮機１００の運転可能範囲をさらに広げることができる。

なお、本実施の形態１ではスクロール式の圧縮機構部１０を備えた圧縮機を例に本発明を説明したが、本発明に係る圧縮機の圧縮機構部１０はスクロール式に限定されるものではない。例えば、ロータリー式及びベーン式の圧縮機構部１０を用いてもよい。電動機２０を低圧空間１ｃ内に配置し、低圧空間１ｃ内であり電動機２０よりも上方となる位置であって、かつ圧縮機構部１０及び軸受部と対向しない位置に、給油通路５２に供給されたオイルを排出する排油孔５３を形成することにより、本発明を実施できる。

実施の形態２．
排油孔５３を密閉容器１の吸入口１ａ以下の高さに配置する場合、排油孔５３を以下の位置に配置することにより、電動機２０の発熱抑制効果をさらに向上させることができる。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図２は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。
図２に示すように、本実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００においては、排油孔５３が、密閉容器１の吸入口１ａと対向する位置に形成されている。

上述のように、低圧空間１ｃに貯留されている冷媒はフレーム５、電動機２０、シャフト部３０及びオイル溜まり１ｅのオイル等によって加熱される。このため、吸入口１ａから低圧空間１ｃ内に流入してきた冷媒は、低圧空間１ｃ内にすでに貯留されている冷媒と比べ、温度が低い。つまり、低圧空間１ｃ内では、吸入口１ａから低圧空間１ｃ内に流入した直後の冷媒の温度が最も低い。このため、排油孔５３を吸入口１ａと対向する位置に配置することにより、この低圧空間１ｃ内で最も低温の冷媒で排油孔５３から排出されたオイルを冷却し、この冷却されたオイルで電動機２０を冷却することができる。
したがって、本実施の形態２のようにスクロール圧縮機１００を構成することにより、電動機２０の発熱をさらに抑制することができ、スクロール圧縮機１００の運転可能範囲をさらに広げることができる。

実施の形態３．
実施の形態１又は実施の形態２で示したスクロール圧縮機１００の排油孔５３に、以下のように弁を設けてもよい。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図３は、本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。
図３に示すように、本実施の形態３に係るスクロール圧縮機１００においては、排油孔５３に、一定以上の遠心力が働くと開く弁５４が設けられている。つまり、本実施の形態３に係るスクロール圧縮機１００は、シャフト部３０の回転速度がある一定の回転速度以上になると、シャフト部３０の遠心力で弁５４が開く構造となっている。

スクロール圧縮機１００においては、電動機２０を低回転数で駆動させる場合、電動機２０の負荷は小さく、電動機２０の発熱も小さい。そして、電動機２０の回転数が上昇するにしたがって、電動機２０の負荷が大きくなり、電動機２０の発熱も大きくなる。本実施の形態３に係るスクロール圧縮機１００においては、低回転数で負荷が低く電動機２０の発熱も低い場合は弁５４が閉じている。そして、電動機２０つまりシャフト部３０がある一定の回転速度以上になると、弁５４が開き、排油孔５３からオイルが排出され、この排出されたオイルが電動機２０に滴下する。このため、電動機２０の発熱が小さい低回転時（負荷の小さい運転条件）にオイル溜まり１ｅ内のオイルが減少することを抑制できるため、電動機２０の発熱が大きくなる高回転時（負荷の高い運転条件において）、より確実に排油孔５３を介して電動機２０にオイルを滴下できる。
したがって、本実施の形態３のようにスクロール圧縮機１００を構成することにより、電動機２０の発熱をさらに抑制することができ、スクロール圧縮機１００の運転可能範囲をさらに広げることができる。

１密閉容器、１ａ吸入口、１ｂ吐出口、１ｃ低圧空間、１ｄ高圧空間、１ｅオイル溜まり、２吸入配管、３吐出配管、４オルダムリング、５フレーム、６スラスト軸受、７主軸受、８サブフレーム、９副軸受、１０圧縮機構部、１１固定スクロール、１１ａ固定スクロール渦巻状突起、１１ｂ固定スクロール台板、１１ｃ吐出口、１２旋回スクロール、１２ａ旋回スクロール渦巻状突起、１２ｂ旋回スクロール台板、１２ｃボス部、１３圧縮室、１４吐出弁、２０電動機、２１固定子、２２回転子、３０シャフト部、３０ａ偏心軸部、４１第１バランスウェイト、４２第２バランスウェイト、５１ポンプ、５２給油通路、５３排油孔、５４弁、５５排油パイプ、１００スクロール圧縮機。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
電動機と、
軸方向に給油通路が形成され、前記電動機の駆動力を前記圧縮機構部に伝達するシャフト部と、
前記シャフト部の下端部に設けられたポンプと、
前記シャフト部を回転自在に支持する複数の軸受部と、
吸入口及び吐出口を有し、下部にオイル溜まりが形成され、前記圧縮機構部、前記電動機、前記シャフト部、前記ポンプ及び前記軸受部を収容する密閉容器と、を備え、
前記オイル溜まりに貯留されたオイルを前記ポンプで吸い上げ、該オイルを前記給油通路を介してオイル供給箇所に供給する圧縮機において、
前記密閉容器の少なくとも一部に、前記吸入口から吸入された冷媒を貯留する低圧空間が形成され、
前記電動機は該低圧空間内に配置され、
前記シャフト部は、前記低圧空間内であり前記電動機よりも上方であって、かつ前記圧縮機構部及び前記軸受部と対向しない位置に、前記給油通路に連通する排油孔が当該シャフト部の径方向に形成されており、
前記排油孔は、前記吸入口以下の高さで前記吸入口と対向する位置に形成されていることを特徴とする圧縮機。
前記排油孔に、一定以上の遠心力が働くと開く弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記圧縮機構部はスクロール式であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。