JP6286035B2 - 電動式圧縮機及びそれを備えた冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍分野に関し、特に電動式圧縮機及びそれを備えた冷凍装置に関する。

運転中の回転振動を低減させるために、ＤＣインバータモータの波形合成によるモータトルクの制御技術は、ロータリ圧縮機を搭載した空気調和機または往復動圧縮機を搭載した冷蔵庫に普及されている。当該モータトルクの制御技術は、ロータの回転位置と共に軸の変動を検出し、インバータの波形合成を行う。これによって、モータトルクとクランクトルク（以下、軸トルクと称す）とを近似させ、回転中のロータ角速度を安定させる。

当該制御のため、圧縮機の回転振動を低減させることができる。しかし、モータトルクの制御は、交流モータまたはＡＣインバータモータに利用されないだけでなく、波形合成のため、更に、モータの効率を低下させる。また、コストの増加及び技術難度のため、モータトルクにより制御されたモータを備えた圧縮機の普及率は世界では、５％以内であると推定されている。

関連技術において、ロータリ圧縮機の圧縮機構に回転振動を緩衝するためのばねを配置することによって、ハウジングへの振動伝達を緩衝した。当該方法によれば、圧縮機と吸気管との連結や、ステータ及びロータの調心は、難しくなる。関連技術において、更に、円盤状の分銅を配置してローターの慣性力を増加し、クランクの角速度変化を小さくする。当該方法は外径及び重量の大きい円盤が必要となり、ローターコイルとの間の隙間が確保できない等のため、実用化が行われない。

本発明は、関連技術に存在する技術問題点の少なくともある程度までは１つを解決することを趣旨とする。

そのため、本発明は電動式圧縮機を提供し、ロータの角速度を安定させる。

本発明は上述の電動式圧縮機を備えた冷凍装置を提供する。

本発明の実施例による電動式圧縮機は、ステータ及びロータを備えたモーターと、前記ロータと回転摺動可能に連結されたクランクを備えており、前記クランクによって駆動圧縮された圧縮室を内蔵した圧縮機構と、前記ロータと前記クランクとを連結するためのトルク緩衝装置と、を含み、前記圧縮室の圧縮過程において、前記クランクの回転角と前記ロータの回転角との差である位相角は増減される。

本発明実施例の電動式圧縮機によれば、トルク緩衝装置を設けることによってトルクの角速度を安定させ、以下の利点がある。１）騒音を改善させる。２）圧縮機の起動性能を向上させる。３）液圧縮による損傷を改善させる。４）低電圧によるモータの運転停止を改善させる。

本発明のいくつかの実施例において、前記トルク緩衝装置は、作動端が前記クランク及び前記ロータとそれぞれ連結されたねじり棒ばね、捩りコイルばね及び渦巻ばねのいずれか一つを備える。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばねの作動端の一方は前記クランクの軸内に取り付けられている。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばねの作動端の一部が前記クランクの軸端部または前記ロータの内径に摺動可能に嵌めされている。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばねの作動端の一方には前記ロータの内径に固定された固定軸を備える。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばねの作動端の一方には、前記ねじり棒ばねの軸芯と直交したトルク棒を備える。

本発明のいくつかの実施例において、前記捩りコイルばねまたは前記渦巻ばねの作動端の一方は前記クランクの軸端部に取り付けられている。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばね、前記捩りコイルばねまたは前記渦巻ばねの作動端の一方は前記ロータに配置されたエンドリングまたはコア板に取り付けられている。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばね、前記捩りコイルばねまたは前記渦巻ばねは、前記位相角の増加に応じて、ばね定数も増加する非線形ばねである。

本発明のいくつかの実施例において、前記圧縮機構には、前記クランクを摺動に可能に支持するための軸受を備え、前記軸内に取り付けられた前記ねじり棒ばねの作動端は、前記軸受が前記クランクを前記軸受摺動可能に支持する範囲内にある。

本発明の実施例による冷凍装置は上述の実施例の電動式圧縮機を備える。

本発明実施例の冷凍装置によれば、上述の電動式圧縮機を設けることによって、以下の利点がある。１）騒音を改善させる。２）圧縮機の起動性能を向上させる。３）液圧縮による損傷を改善させる。４）低電圧によるモータの運転停止を改善させる。

本発明の実施例１に係るロータリ圧縮機の内部を示す縦断面図及び冷凍システムの接続を示す図である。 実施例１に係る圧縮機室の構造及びピストンの回転角と吸気・圧縮行程との関係を示すシリンダの断面図である。 実施例１に係る圧縮機構の構造及びロータの連結を示す詳細な断面図である。 実施例１に係るロータの断面図である。 実施例１に係る捩りコイルばねの部品図である。 実施例１に係るロータと捩りコイルばねとの組立図である。 実施例１に係る圧縮機室においては発生した軸トルクによるモータトルクの変化に関する本発明と先行技術の比較図である。 実施例１に係る非線形ばねの特性概念を示す図である。 本発明の実施例２に係る往復動圧縮機の縦断面図である。 実施例２に係るクランク、ロータ及びトルク緩衝装置の組立図である。 実施例２に係る圧縮機室においては発生した軸トルクによるモータトルクの変化に関する本発明と先行技術の比較図である。 本発明の実施例３に係るねじり棒ばねの部品図である。 実施例３に係るクランクとロータのねじり棒ばねの組立図である。 実施例３に係るロータとトルク棒の組立図である。 実施例３に係るねじり棒ばねとロータの組立に関する応用設計図である。 本発明の実施例４に係る捩りコイルばねとロータの組立図である。 実施例４に係る捩りコイルばねとロータコアとの間の組立図である。 実施例４に係るトルク棒とロータコアの組立図である。

以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。前記実施例の例示が図面において示される。以下に、図面を参照しながら説明される実施例が例示性のものであり、本発明を解釈するためだけに用いられるものであって、本発明を制限するように理解されてはならない。

本発明に対する説明において、用語である「中心」、「縦方向」、「横方向」、「幅」、「厚さ」「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などで表れる方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づき、本発明を便利にまたは簡単に説明するために使用されるものであり、指定された装置又は部品が特定の方位にあり、特定の方位において構造され、操作されると指示又は暗示するものではないため、本発明に対する限定と理解してはいけない。

なお、用語である「第一」、「第二」は説明のためだけに用いられるものであり、比較的な重要性を指示又は暗示するか、或いは示された技術特徴の数を黙示的に明示すると理解してはいけない。そこで、「第一」、「第二」が限定されている特徴は一つ又はより多くのこの特徴を含むことを明示又は暗示するのである。本発明の説明において、明確且つ具体的な限定がない限り、「複数」とは、例えば、二つ、三つ等の少なくとも二つのことを意味する。

なお、本発明の説明において、明確な規定と限定がない限り、用語である「取り付け」、「互いに接続」、「接続」の意味は広く理解されるべきである。例えば、固定接続や、着脱可能な接続や、あるいは一体的な接続でも可能である。机械的な接続や、電気接続や、あるいは互いに通信でも可能である。直接的に接続することや、中間媒体を介して間接的に接続することや、二つの部品の内部が連通することも可能である。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本発明中の具体的な意味を理解することができる。

以下、図１〜図１８を参照しながら、本発明の実施例による電動式圧縮機を説明する。当該電動式圧縮機は、ロータリ圧縮機、往復動圧縮機またはスクロール圧縮機などの圧縮機であってもよい。電動式圧縮機は、冷蔵庫、エアコン、給湯機などの設備に応用されることができる。

本発明の実施例による電動式圧縮機は、モーター３と、圧縮機構と、トルク緩衝装置と、を含む。そのうち、モーター３は、ステータ４及びロータ３０を備える。圧縮機構はロータ３０と回転摺動可能に連結されたクランクを備えており、しかも、圧縮機構にはクランクによって駆動圧縮された圧縮室が内蔵されている。トルク緩衝装置は、ロータ３０とクランクとを連結する。圧縮室の圧縮過程において、クランクの回転角θ₁とロータの回転角θ₂との差である位相角θ₃は増減される。

本発明実施例の電動式圧縮機によれば、トルク緩衝装置を設けることによってトルクの角速度を安定させ、以下の利点がある。１）騒音を改善させる。２）圧縮機の起動性能を向上させる。３）液圧縮による損傷を改善させる。４）低電圧によるモータの運転停止を改善させる。

本発明の具体的な実施例において、トルク緩衝装置は、作動端がクランク及びロータとそれぞれ連結されたねじり棒ばね４７、捩りコイルばね４０及び渦巻ばねのいずれか一つを備える。即ち、トルク緩衝装置は、ねじり棒ばね４７、捩りコイルばね４０または渦巻ばねを備え、ねじり棒ばね４７、捩りコイルばね４０または渦巻ばねの作動端がクランク及びロータとそれぞれ連結されている。

具体的には、ねじり棒ばね４７の作動端の一方がクランクの軸内に取り付けられている。

具体的には、ねじり棒ばね４７の作動端の一部がクランクの軸端部またはロータの内径と摺動摺動可能に嵌めされている。

本発明のいくつかの実施例において、ねじり棒ばね４７の作動端の一方にはロータの内径に固定された固定軸を備える。例えば、ねじり棒ばね４７の作動端とロータコア３１の内径とを締まり嵌める。この場合、ねじり棒ばね４７は、固定軸を規定する。これによって、ねじり棒ばね４７とロータとの間の連結部材を減らし、ねじり棒ばね４７を容易に取り付けることができる。

具体的には、ねじり棒ばね４７の作動端の一方には、ねじり棒ばね４７の軸芯と直交したトルク棒４４を備える。これによって、ねじり棒ばね４７の作動端は、トルク棒４４を介してロータ３０に連結できる。

具体的には、捩りコイルばね４０または渦巻ばねの作動端の一方はクランクの軸端部に取り付けられている。

具体的には、ねじり棒ばね４７、捩りコイルばね４０または渦巻ばねの作動端の一方はロータに配置されたエンドリングまたはコア板に取り付けられている。

具体的には、ねじり棒ばね４７、捩りコイルばね４０または渦巻ばねは、位相角θ₃の増加に応じて、ばね定数も増加する非線形ばねである。

具体的には、圧縮機構には、クランクを摺動可能に支持するための軸受を備え、軸内に取り付けられたねじり棒ばね４７の作動端は、前記軸受がクランクを摺動可能に支持する範囲内にある

本発明の実施例による冷凍装置は、本発明の上記実施例の電動式圧縮機を備える。

本発明実施例の冷凍装置によれば、上述の電動式圧縮機を設けることによって、以下の利点がある。１）騒音を改善させる。２）圧縮機の起動性能を向上させる。３）液圧縮による損傷を改善させる。４）低電圧によるモータの運転停止を改善させる。

以下に、図１〜図１８を参照しながら本発明のいくつかの具体的な実施例の電動式圧縮機を詳しく説明する。

実施例１
実施例１において、単相誘導モータを利用した１段式のロータリ圧縮機に本発明が応用される。図１はロータリ圧縮機１及び冷凍システムの構成を示す。ロータリ圧縮機は、密閉の円柱型ハウジング２に固定された圧縮機構５と、その上部に配置されたモータ３とで構成されている。モータ３は、ハウジング２の内径に固定されたステータ４と、圧縮機構５のクランク１０に固定されたロータ３０とで構成されている。

アキュームレータ７４によって、吸気管８５から圧縮機構５に吸入された低圧気体（圧力Ｐｓ）は、シリンダ５０には備えられた圧縮室５１（図２に示す）において圧縮され、ハウジング２の内部に排出される。従って、ハウジング２の圧力は、高圧（Ｐｄ）である。ハウジング２に排出された高圧気体は、排気管８０、室外熱交換器７１、膨張弁（またはキャピラリチューブ）７２、室内熱交換器７３、アキュームレータ７４の順序で流れる。

本発明実施例の特徴は以下の通りである。クランク１０の摺動軸１５内に回転摺動するロータ３０の上端には、トルク緩衝装置４１が配置されている。トルク緩衝装置４１は、ばね取付軸１５ａに固定された溝内に挿入されている捩りコイルばね４０（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｔｏｒｓｉｏｎ Ｃｏｉｌ Ｓｐｒｉｎｇ、以下コイルばね４０と称す）を備える。コイルばね４０には、クランク１０のばね取付軸１５ａ及びロータ３０のエンドリング溝３２ａにそれぞれ固定された二つの作動端が備えられる。

図２は図１のＹ−Ｙ断面図であり、圧縮室５１の気体の吸入及び圧縮の原理を示す。クランク１０に備えられた偏心部１３が反時計回りに回転するため、ピストン５２は圧縮室５１の内周に沿って公転する。圧縮室５１はピストン５２の最大外周とベーン５３との先端部とによって二つの室に分けられる。当該二つの室は、一般に、低圧気体（圧力Ｐｓ）が吸入された低圧室５１ａと、低圧気体を高圧気体に圧縮するための高圧室５１ｂとで構成される。ストン５２の最大外周の回転位置は、ベーン５３から反時計回りに回転する角度θで表される。

ストン５２の回転による高圧室５１ｂにおける圧力を高めた気体は、ハウジング圧力（Ｐｓ）に達した後、排気孔５５ｂから、ハウジング２の内部に排出される。θが３６０°に達する前に、当該排出気体は連続的であり、θが３６０°に達した後、圧縮室５１全体には、低圧である。

クランク１０が１回転する毎に、繰り返し軸トルクが変更する（図７のＴｃ）。クランク１０の軸トルクが大きくなると、角速度が小さくなるが、軸トルクが小さくなると、角速度が大きくなる。従来のロータリ圧縮機のロータがクランクに固定されるため、ロータ角速度とクランク角速度とが相当する。当該ロータ角速度の変化は、回転振動である。

図３は、圧縮機構５及びそれに連結されたロータ３０を示す。図４はロータ３０の断面図を示す。図５はコイルばね４０の部品図を示す。

図３及び図４において、ロータ３０の内径に固定されたコア中心管３４とクランク１０の主軸１１より細い摺動軸１５とが摺動に合わせている。摺動軸１５の上端のばね取付軸１５ａの外周には、コイルばね４０のコイル部４０ａが挿入されている。同時に、軸端溝１５ｂは軸側作動端４０ｂに嵌入されている。

一方のロータ側作動端４０ｃは、エンドリング溝３２ａに挿入されている。その結果、摺動軸１５とロータ３０とが摺動に合わせており、それらがコイルばね４０を介して連結されている。コイルばね４０、及びコイルばね４０を介してロータ３０とクランク１０とを連結する連結方法はトルク緩衝装置４１と総称する。

また、ロータコア３１の中心孔に挿入されて固定されたコア中心管３４の内径が摺動軸１５の外径より少しだけ大きいため、自動的に回転摺動する摺動隙間を有する。通常、クランク１０が耐磨耗表面処理された上で、摺動軸１５及びコア中心管３４の摺動面に作用された負荷及び摺動速度が小さくなる。従って、上述摺動隙間の潤滑は、ハウジング２の気体に溶けた油のため、十分に給油されることができる。磨耗問題があれば、いずれかの一方の摺動部品において、螺旋状の油溝を配置することができる。
ばね取付軸１５ａに固定されたリング溝内に固定されたスラストリング１８は、ロータ３０が摺動軸１５から抜け出すように防止することができる。更にスラストリング１８としてＣ型バッフルリングを利用してもよい。また、軸端溝１５ｂに挿入されたコイルばね４０が抜け出す恐れがあれば、同様に、軸端溝１５ｂの上端に環状溝を配置し、Ｃ型バッフルリングを取り付けることができる。

図５に示すように、コイルばね４０は、その中央のコイル部４０ａと、その両端の軸側作動端４０ｂ及びロータ側作動端４０ｃとで構成されている。二つの作動端は、位相角としてクランク１０の回転角とロータ３０の回転角との差に応じて伸縮する。また、コイル部４０ａの内径とばね取付軸１５ａの外径との間に隙間がある。

図６は、軸側作動端４０ｂ及びロータ側作動端４０ｃのそれぞれを軸端溝１５ｂ及びエンドリング溝３２ａに取り付ける組立図である。軸側作動端４０ｂがクランク１０と共に回転し、ロータ側作動端４０ｃがロータ３０と共に回転する。この場合、一般に、ロータ３０は、コイルばね４０を介してクランク１０を反時計回りに牽引する。

回転中のクランク１０の回転角θ₁とロータ３０の回転角θ₂との差が位相角θ₃である。クランク１０の軸トルクがＴｃであり、ロータ３０の回転トルクがＴｒである場合、圧縮運転において、ＴｒはＴｃより大きい。従って、θ₃が０より大きく、且つＴｃの変動に応じて増減する。

軸トルクＴｃが増加する場合、クランク１０の角速度が低下する。しかしながら、コイルばね４０と連結されたロータ３０の角速度の低下が減少する。従って、θ₃が増加し、コイルばね４０がエネルギーを蓄積することができる。その後、軸トルクＴｃが低減する場合、クランク１０の角速度が増加する。

この間、ロータ３０がコイルばね４０において蓄積したエネルギーを放出し、クランク１０を牽引するため、θ₃が減少する。同時に、クランク１０の角速度が増加するため、回転角の遅延が回復されることができる。

図７は、上述の過程を概念的に表示する。横軸において、クランク１０の回転角度θは０°から３６０°までの範囲（θは、図２には説明された）、左縦軸はクランクの軸トルクＴｃ、右縦軸はロータトルクＴｒを表す。二つのトルク曲線において、Ｔｒ₂（実線）は本実施例のロータ３０のトルク変化、Ｔｒ１（破線）はトルク緩衝装置を備えない従来のロータトルクの変化を表す。

クランク１０の軸トルクＴｃは、吸気孔の開口が略２５°である場合に開始した圧縮行程において徐々に増加し、略１８０°である場合には最大となり、その後、排気行程へ切り替えて排気量が減少し、略３６０°である場合には、最小となる。同時に、吸気量は最大となり、２回転して２５°を経った後、圧縮行程へ切り替える。

ロータトルクＴｒ１が略２５°から増加し始め、Ｔｃが最大となる場合（略１８０°である場合）には、最大値（回転角θ₁）となり、その後、減少し始める。一方、ロータトルクＴｒ₂が略６０°から増加し始め、略２３０°（回転角θ₂）である場合には、最大値となり、その後、滑らかに低減する。

ロータトルクＴｒ１が最大である場合のθ₁と比べて、ロータトルクＴｒ₂が最大である場合の角度θ₂は、略５０°を遅延する。遅延理由は、コイルばね４０、及び当該回転角の差である位相角θ₃の有無である。

即ち、Ｔｃが激しく増加する９０°〜１８０°の範囲内では、クランク１０の角速度が低下し、Ｔｃの激しい変化を回避することができる。一方、ロータ３０のコイルばね４０の開度が大きくて、角速度を維持でき、クランク１０を牽引することができる。従って、トルクＴｒの最大角度が遅延し、略２３０°に遅延する。この間、コイルばね４０の開度が最大となり、エネルギーを蓄積することができる。

その後、クランク１０は、３６０°の方向に向かって回転する場合には、Ｔｃが低下する。従って、コイルばね４０はエネルギーを放出することができる。従って、クランク１０の角速度が増加し、位相角θ₃が減少して、再度圧縮し始めた略２５°の前の大きさとなり、θ₃が最小となる。以上の１回転する行程において、コイルばね４０が伸縮することができ、ロータトルクＴｒが滑らかである。従って、ロータトルクＴｒの最大値が低下し、トルク曲線が滑らかになる。

一般に、θ₃が小さい場合には、緩衝効果が小さくなり、θ₃が大きい場合、緩衝効果が大きくなる。しかし、９０ｒｐｓのような高速運転条件下で、θ₃が大き過ぎる場合、ステータ及びロータの同期速度が維持できない。いわゆる脱調現象が発生する可能性があり、モータが緊急停止する可能性がある。

当該課題を改善するために、位相角θ₃の大きさに応じて、ばね係数が増加し、トルク緩衝装置のばね特徴が非線形となるような設計が推奨される。図８の横軸は位相角θ₃であり、縦軸がコイルばねの発生トルクＴｓまたはばね係数Ｋである。曲線Ａは非線形ばねであり、曲線Ｂは通常の線形ばねである。

θ₃の増加に対して、ＴｓまたはＫが増加し、線形ばねＢの係数が一定であるが、非線形ばねＡがθ₃の増加に応じて、その係数の増加率が大きくなる。従って、θ₃が大きすぎるとなり、発生した脱調現象が非線形ばねを利用することによって改善されることができる。特に、冷凍負荷が大きすぎる場合に発生する脱調現象が非線形ばねを利用することによって改善されることができる。特に、冷凍サイクル装置の負荷が大きな変動のある空気調和機や可変速度モータには、非線形ばねが利用されるのに有利である。

例えば、渦巻ばねの中心側をクランクに固定し、外周側をロータに固定する方法は、実施例１に利用されたコイルばね４０の代替手段とすることができる。また、捩りコイルばね、渦巻ばねまたは実施例３に記載されたねじり棒ばねに関する詳細な設計方法について、いくつかが開示されているため、それらを利用することができる。

本発明のトルク緩衝装置は回転振動を低減させるだけでなく、以下の付帯的な効果もある。当該効果について、実施例１のロータリ圧縮機や実施例２の往復動圧縮機に、実施例３のねじり棒ばねを利用しても、同じ効果を有する。

１）騒音の改善
電動式圧縮機の騒音の大部分は、圧縮室の排気音により形成されるものである。トルク緩衝装置が圧縮室の排気時間を延長でき、気体速度を緩やかにさせるため、排気音を効果的に減少することができる。また、ロータ３０の角速度の安定化により、モータからの２００〜８００Ｈｚの耳障りな騒音を緩和させることができる。

２）圧縮機起動性能の向上
回転が停止する場合には、摺動部の油膜が冷媒と置換することができるため、クランクの起動トルクが増加する。その結果、モータが起動できない問題がある場合もある。しかし、トルク緩衝装置により、ロータの起動のため、クランクの起動が容易になる。

３）液圧縮による損傷の改善
圧縮室の大量の液体冷媒の吸入のため、運転中の圧縮機が緊急停止する。この結果、クランクまたはピストンが損害される。トルク緩衝装置は、このような激しすぎるトルク変動の状況下で、圧縮機の急停止または損害を防止することができる。

４）低電圧による運転の停止の改善
高トルク運転において、一時的な電圧の低下のため、圧縮機が停止する。トルク緩衝装置は、ロータの回転トルクを円滑になり、上述の問題を改善することができる。

実施例２
本実施例は、本発明を往復動圧縮機に応用する応用例である。

図９に示す往復動圧縮機１０１は、ハウジング１０２の内部に圧縮機構１０５及びモータ３が収容されている。モータ３はステータ４及びロータ３０とで構成されている。圧縮機構１０５は、ステータ４を固定するためのフレーム１２０と、それと一体化したシリンダブロック１２５と、それに備えられた圧縮室１２６及びピストン１２８と、ピストン１２８に対して往復駆動するクランク１１０と、クランク１１０に対して摺動に合わせる軸受１２２と、シリンダブロック１２５に固定された弁蓋１６２となどで構成されている。ロータ３０とクランク１１０とが摺動に合わせており、トルク緩衝装置４１を関して連結されている。

組立構造の視点から見て、往復動圧縮機１０１とロータリ圧縮機１とを比較した場合には、フレーム１２０はロータリ圧縮機１のハウジング２に相当するが、往復動圧縮機１０１の圧縮機構１０５はハウジング１０２の内部に備えられた三つの防振ばね１０８に支持される。

圧縮機の回転により、吸気管１５０から吸入された低圧気体がハウジング１０２に流れて、吸気マフラー１６０から弁蓋１６２の低圧室を通過して圧縮室１２６に流れる。ピストン１２８によって圧縮された高圧気体が弁蓋１６２の高圧室に排出された後に、排気管１６５を通過して冷凍システムに排出される。圧縮室１２６に流れた低圧気体の圧縮及び排出のため、クランク１１０の軸トルクＴｃが発生する。

ロータ３０の上端に備えられたトルク緩衝装置４１と実施例１のトルク緩衝装置とが同じ構成を有する。その詳細な状況は、図１０のロータ３０の断面図で示される。実施例１との主な相違点は、軸径が変更されないクランク１１０とコア中心管３４とが摺動に合わせることができることにある。従って、コイルばね４０の作用及び効果は、実施例１と同じである。

図１１は実施例１と同様に、クランク１１０の軸トルクＴｃの変化を示す。Ｔｒ１は従来の往復動圧縮機のロータトルクの変化を示し、Ｔｒ２は実施例２の往復動圧縮機１０１のロータトルクの変化を示す。

往復動圧縮機は、クランク１０の回転角が０°〜１８０°である場合には、気体を圧縮し、１８０°〜３６０°である場合には、気体を吸入する。従って、ロータリ圧縮機とを比較して、軸トルク変動が大きくなる。軸トルクＴｃがピストン１２８の下死点（θ＝０°）である場合には、増加し始め、その後、略１３５°である場合には最大となり、その後に減少し、上死点（略１８０°）である場合には最小となる。１８０°〜３６０°である場合には吸気行程であるため、Ｔｃが最小となる。

ロータトルクＴｒ１は下死点（θ＝０°）から開始した圧縮行程に従って増加し始め、略１３５°である場合には最大となり、その後に減少する。一方、ロータトルクＴｒ２は下死点０°から増加し始めるが、その増加速度が遅い、略１６０°である場合には最大となり、その後に減少する。

ロータトルクＴｒ１の最大値θ１と比べて、ロータトルクＴｒ２の最大値θ２が略４０°を遅延する原因は、コイルばね４０の有無及び位相角θ３が最大であることに関する。また、ロータのトルク値とトルク曲線幅とは差を有する原因は、実施例１と同様に、上述したように、コイルばね４０の伸縮作用に関することである。即ち、実施例１と同様に、本実施例のロータのトルク角速度が安定であり、トルク変動が小さい。従って、往復動圧縮機１０１は、回転振動を低減することができる。

本実施例は、固定速モータに限られず、モータの速度が変化可能であるＡＣまたはインバータモータにも、利用されることができる。また、従来の機種には必要となり、且つ防振ばね１０８及びトルク緩衝装置４１を利用する方法を利用してもよく、防振ばね１０８を省略して設計を簡略化してもよい。

また、家庭用冷凍庫に搭載された往復動圧縮機には、フレーム１２０に対してモータ３が下側に配置され、圧縮室１２６が上側に配置される設計が多い。このような設計であっても、記載のトルク緩衝装置の設計４１が利用されることができる。当該設計には、クランク１１０の下部にはオイルポンプが備えられる。しかし、本実施例に記載されたトルク緩衝装置も利用されることもできる。

実施例３
実施例３では、ロータリ圧縮機及び往復動圧縮機には、ねじり棒ばね（Ｔｏｒｓｉｏｎ Ｂａｒ Ｓｐｒｉｎｇ）をトルク緩衝装置として利用される。コイルばねと比べて、ねじり棒ばねの特徴は、小型・軽量であり、大きなトルクが発生でき、更に、クランク内に収納されることができるため、スペース効率を高めることもできることである。これらの特徴及び効果は、以下の説明によってさらに明確となる。

図１２は、ねじり棒ばね４７、トルク棒４４（Ｔｏｒｑｕｅ Ｂａｒ）及びばねピン１９の部品図である。図１３は、クランク１０の軸内孔１４内に配置されたねじり棒ばね４７を示す。

図１２には、ねじり棒ばね４７は、ねじり軸４７ａの両端のそれぞれが作動端Ａ４８及び作動端Ｂ４９と一体的に結合して構成されている。作動端Ａ４８は、クランク１０とロータ３０とが共に回転する円柱軸である。ばねピン１９は、作動端Ｂ４９を軸内に固定する手段である。トルク棒４４は、作動端Ａ４８をロータ３０に連結する手段である。

図１３では、主軸受５５と摺動に支持する主軸１１において軸内孔１４が備えられる。作動端Ｂ４９は、軸内孔１４内に固定されてもよく、（１）主軸受５５、（２）主軸受５５の上端とロータコア３１との間、（３）ロータコア３１などの位置のうちのいずれか一つの位置に固定されてもよい。従って、ねじり軸４７ａに対する設計の自由度が大きくなる。

本実施例において、作動端Ｂ４９の固定位置として、上述の（１）を選択する。クランク１０単体の場合には、ねじり棒ばね４７を軸内孔１４の上端から挿入した後に、主軸１１に備えられた横孔１４ａから作動端Ｂ４９に向かってばねピン１９を押込んで、作動端Ｂ４９を軸内孔１４内に固定する。この場合、主軸端孔１１ｂ内に作動端Ａ４８を嵌入する。

次に、主軸受５５の下側の軸受孔から主軸１１を挿入した後に、主軸１１において、スラストリング１８ａを固定する。そして、ロータ３０を、主軸１１から挿入してから、スラストリング１８ｂを作動端Ａ４８の溝内に取り付ける。しかも、作動端Ａ４８を貫通する横孔内にトルク棒４４を挿入し、トルク棒４４の両端をエンドリング溝３２ａ内に嵌入する。上述の組立工程によって、主軸１１と、ねじり棒ばね４７と、ロータ３０との組立は完了する。図１４は、作動端Ａ４８とロータ３０とを連結するトルク棒４４を示す。

実施例１及び２と同様に、クランク１０とロータ３０とはねじり棒ばね４７を介して連結されている。この結果、トルク緩衝装置４３が得られる。ここで、主軸端孔１１ｂの内径と作動端Ａ４８の外径とは、摺動に合わせることができる。本実施例は、実施例１及び２において利用されたコア中心管３４を省略するため、ロータコア３１の内径は、クランク１１０と直接に摺動に合わせることができる。

上述の設計構成により、ロータ３０の回転トルクがトルク棒を介して作動端Ａ４８に伝達されることができるため、ねじり棒ばね４７がねじり、ロータトルクがクランク１０に伝達される。それと逆に、クランク１０の軸トルクは、ねじり棒ばね４７及びトルク棒４４を介してロータ３０に伝達される。

また、トルク棒４４の回転角が１回転以内である場合は少ないため、両者を接触させないように、トルク棒４４と軸内孔１４との間に隙間を設ける必要がある。また、両者を摺動に合わせるように、トルク棒４４と軸内孔１４との間に小さい隙間を設けてもよい。この二種類の設計を何れも選択することができる。

ねじり棒ばね４７を備えたトルク緩衝装置４３は以下の特徴がある。
（１）耐繰り返しの強トルクを有し、信頼性が高い。
（２）設計の自由度が非常に大きくなる（上述）。
（３）クランク１０の軸内に部材を内蔵することができるため、小型化となる。
（４）ねじり軸４７ａは、図８に示すような非線形の特徴があるため、大きいモータトルクの変動に追従する特徴を有する。
（５）一般的に言えば、設計、製造及びコストに有利であり、信頼性も高い。

次に、円柱軸に設けられた作動端Ａ４８は、その調心及び摺動合わせのため、以下の特徴がある。
（１）作動において、ねじり軸４７ａ及び軸内孔１４の調心を行う。
（２）運転中のねじり軸４７ａのねじりのため、発生されたロータ３０とクランク１０との間のトルクが正確に伝達されることができる。
（３）トルク棒４４とねじり棒ばね４７との結合信頼性及び組立性に有利である。

図１５は、作動端Ａ４８を利用せずに、作動端Ｃ４５を利用して、それがロータコア３１のコア内径３１ｃに摺動に合わせるようにする設計である。作動端Ｃ４５の外径が主軸１１の外径に相当するため、摺動することができる。また、当該設計において、作動端Ｃ４５をロータコア３１の内径に押込んで固定することができる。代替設計において、作動端Ａ４８を利用する設計と比べて、トルク棒４４、スラストリング１８ａ及びスラストリング１８ｂのいずれか一つを省略してもよく、それら全体を省略してもよい。

本実施例のねじり棒ばね４７と比べて、実施例１及び実施例２に記載された捩りコイルばね４０は、小さい回転トルクの往復動圧縮機やロータリ圧縮機等に利用される。一方、ねじり棒ばね４７は、大きい設計の自由度及び高い依頼性を有するため、小型圧縮機乃至商用大型圧縮機という広い範囲に利用されることができる。

ねじり棒ばね４７の設計において、一般に、ねじり軸４７ａの軸断面形状は円形であるが、多辺形、中空管などを利用してもよい。ねじり軸４７ａと、作動端Ａ４８及び作動端Ｂ４９との固定方法は、一体化して製造する方法を利用し、冷間鍛造により二つの作動端をねじり軸４７ａに連結することができる。または、上述の作動端の円柱軸を廃して、ねじり軸４７ａをＬ字形に湾曲するなどの方法を利用することができる。

実施例４
実施例４は、捩りコイルばね４０のロータ側作動端４０ｃまたは、ねじり棒ばね４７の動端Ａ４８をロータ３０に取り付ける方法である。本発明の趣旨によってさまざまな方法がある。本実施例は、一つの例である。

図１６において、エンドリング３２に備えられたリベット３２ｂによってエンドリングのエンドプレート３７が固定されている。エンドプレート孔３７ａには、ロータ側作動端４０ｃが取り付けられている。また、エンドリングのエンドプレート３７は、バランサウエイトとして利用されることができる。

図１７は、エンドリングが備えないＤＣインバータモータのロータにロータ側作動端４０ｃが取り付けられている設計である。ロータコア３１を構成するロータコアのコアエンドプレート３１ａは、プレス成形によってフック３１ｂに設けされる。また、コアエンドプレートに配置された円形プレートにおいてもフック３１ｂを設けることができる。

図１８は、ねじり棒ばね４７の応用例である。コアエンドプレート３１ａに向かう二つのフック３１ｂにトルク棒４４が固定されている。また、エンドリングを備えたロータである場合には、図１６に示すように、エンドリングのエンドプレート３７は円形プレートであり、これにトルク棒４４を固定することができる。

本発明を利用する電動式圧縮機は、ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機等の回転式圧縮機及び往復動圧縮機などの往復運動する圧縮機を対象とするものである。これらの圧縮機において、クランクを水平に置いた横型圧縮機にも利用されることもできる。また、本発明は、誘導モータにも、回転数が変化する可能性のあるインバータモータにも利用されることができる。これらの圧縮機は、エアコン、冷蔵冷凍設備、給湯機、車載用冷凍空調装置及び冷蔵庫等の設備に搭載されることができる。

上述したように、本発明が解決しようとする課題は、圧縮室の気体圧縮のため、クランクはトルク変動が発生し、トルク変動によるロータの回転角速度が変化して、圧縮機に回転振動を発生させることである。

上述の課題を解決するように、本発明は、ロータを直接クランクに固定せずに、二つの部品を回転方向のみに摺動に合わせて、当該二つの部品をトルク緩衝装置（Ｔｏｒｑｕｅ Ｄａｍｐｅｒ）を介して連結させる。その特徴は、軸トルクの変化が直接ロータの角速度に影響を与えることを回避することができることである。また、本発明は、普及率が大きい誘導モータを備えた圧縮機にも、ＤＣやＡＣインバータモータにも利用されることができるという利点がある。

本発明が利用する具体的な手段は以下の通りである。クランク１０のばね取付軸１５ａ内に捩りコイルばね４０で構成されたトルク緩衝装置４１が備えられる。捩りコイルばね４０の両側の作動端のそれぞれは、クランク１０及びそれと回転して摺動自在に合わせたロータ３０に連結される。クランク１０は、軸トルクの増減に応じて角速度を変化させるが、トルク緩衝装置は、ロータ３０の角速度を安定させる。

本発明の有益な効果は以下の通りである。
（１）本発明は、振動を低減するための大部分の電動式圧縮機に利用されることができる。
（２）構造が簡単であり、設計及び製造に対する影響が小さい。
（３）圧縮機の制御及びシステムを変更する必要がない。
（４）運転条件全体において、モータの効率は低下しない。
（５）振動を低減できるだけでなく、圧縮機の起動性能や騒音、依頼性などを改善することができる。

本発明において、明確な規定と限定がない限り、第一特徴が第二特徴の「上」又は「下」にあることは、第一特徴と第二特徴とが直接接触することを含んでもよく、第一特徴と第二特徴とが直接接触することなくそれらの間に別の特徴を介して接触することを含んでもよい。また、第一特徴が第二特徴の「上」、「上方」又は「上面」にあることは、第一特徴が第二特徴の真上及び斜め上にあることを含むか、或いは、単に第一特徴の水平高さが第二特徴より高いことだけを表す。第一特徴が第二特徴の「下」、「下方」又は「下面」にあることは、第一特徴が第二特徴の真下及び斜め下にあることを含むか、或いは、単に第一特徴の水平高さが第二特徴より低いことだけを表す。

本発明の説明において、「一つの実施例」、「一部の実施例」、「示例」、「具体的な示例」或いは「一部の示例」など用語を参考した説明とは、該実施例或いは示例に結合して説明された具体的特徴、構成、材料或いは特徴が、本発明の少なくとも一つの実施例或いは示例に含まれることである。本明細書において、上記用語に対する例示的な表述は、必ずしも同じ実施例或いは示例を示すことではない。又、説明された具体的特徴、構成、材料或いは特徴は、いずれかの一つ或いは複数の実施例又は示例において適切に結合することができる。

１：ロータリ圧縮機、１０１：往復動圧縮機、２（１０２）：ハウジング、５（１０５）：圧縮機構、３：モータ、４：ステータ、３０：ロータ、３２ａ：エンドリング溝、３４：コア中心管、３１：ロータコア、
５０：シリンダ、５１（１２６）：圧縮室、５１ａ：低圧室、５１ｂ：高圧室、１０（１１０）クランク、１１：主軸、１５：摺動軸、１５ａ：ばね取付軸、１５ｂ：軸端溝、１３：偏心部、５２（１２８）：ピストン、５３：ベーン、５５ｂ：排気孔、
４１：トルク緩衝装置、４０：捩りコイルばね（コイルばね）、４０ａ：コイル部、４０ｂ：軸側作動端、４０ｃ：ロータ側作動端、１８（１８ａ、１８ｂ）：スラストリング、
１２０：フレーム、１２５：シリンダブロック、１２２：軸受、１６２：弁蓋、１０８：防振ばね、１６０：吸気マフラー、４７：ねじり棒ばね、４４：トルク棒、１９：ばねピン、１４：軸内孔、４７ａ：ねじり軸、４８：作動端Ａ、４９：作動端Ｂ、４５：作動端Ｃ、５５：主軸受、１４ａ：横孔、１１ｂ：主軸端孔、３２：エンドリング、３７：エンドリングのエンドプレート、３２ｂ：リベット、３１ｂ：フック、
７４：アキュームレータ、８５（１０５）：吸気管、８０（１６５）：排気管、７１：室外熱交換器、７２：膨張弁（またはキャピラリチューブ）、７３：室内熱交換器

１：ロータリ圧縮機、１０１：往復動圧縮機、２（１０２）：ハウジング、５（１０５）：圧縮機構、３：モータ、４：ステータ、３０：ロータ、３２ａ：エンドリング溝、３４：コア中心管、３１：ロータコア、
５０：シリンダ、５１（１２６）：圧縮室、５１ａ：低圧室、５１ｂ：高圧室、１０（１１０）クランク、１１：主軸、１５：摺動軸、１５ａ：ばね取付軸、１５ｂ：軸端溝、１３：偏心部、５２（１２８）：ピストン、５３：ベーン、５５ｂ：排気孔、
４１：トルク緩衝装置、４０：捩りコイルばね（コイルばね）、４０ａ：コイル部、４０ｂ：軸側作動端、４０ｃ：ロータ側作動端、１８（１８ａ、１８ｂ）：スラストリング、
１２０：フレーム、１２５：シリンダブロック、１２２：軸受、１６２：弁蓋、１０８：防振ばね、１０６：吸気マフラー、４７：ねじり棒ばね、４４：トルク棒、１９：ばねピン、１４：軸内孔、４７ａ：ねじり軸、４８：作動端Ａ、４９：作動端Ｂ、４５：作動端Ｃ、５５：主軸受、１４ａ：横孔、１１ｂ：主軸端孔、３２：エンドリング、３７：エンドリングのエンドプレート、３２ｂ：リベット、３１ｂ：フック、
７４：アキュームレータ、８５（１０５）：吸気管、８０（１６５）：排気管、７１：室外熱交換器、７２：膨張弁（またはキャピラリチューブ）、７３：室内熱交換器

Claims (9)

1. ステータ及びロータを備えたモーターと、
   前記ロータと回転摺動可能に連結されたクランクを備えており、前記クランクによって駆動圧縮された圧縮室を内蔵した圧縮機構と、
   前記ロータと前記クランクとを連結するためのトルク緩衝装置と、
   を含み、
   前記トルク緩衝装置は、作動端が前記クランク及び前記ロータとそれぞれ連結されたねじり棒ばね、捩りコイルばね及び渦巻ばねのいずれか一つを備え、
   前記圧縮室の圧縮過程において、前記クランクの回転角と前記ロータの回転角との差である位相角は増減され、
   前記トルク緩衝装置のばね特性は、前記位相角の増加に応じて、ばね係数が増加する非線形ばねである
   ことを特徴とする電動式圧縮機。
2. 前記ねじり棒ばねの作動端の一方は前記クランクの軸内に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動式圧縮機。
3. 前記ねじり棒ばねの作動端の一部が前記クランクの軸端部または前記ロータの内径に摺動可能に嵌められている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動式圧縮機。
4. 前記ねじり棒ばねの作動端の一方には前記ロータの内径に固定された固定軸を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動式圧縮機。
5. 前記ねじり棒ばねの作動端の一方には、前記ねじり棒ばねの軸芯と直交したトルク棒を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動式圧縮機。
6. 前記捩りコイルばねまたは前記渦巻ばねの作動端の一方は前記クランクの軸端部に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動式圧縮機。
7. 前記ねじり棒ばね、前記捩りコイルばねまたは前記渦巻ばねの作動端の一方は前記ロータに配置されたエンドリングまたはコア板に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動式圧縮機。
8. 前記圧縮機構には、前記クランクを摺動可能に支持するための軸受を備え、前記クランク内に取り付けられた前記ねじり棒ばねの作動端は、前記軸受が前記クランクを摺動可能に支持する範囲内にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動式圧縮機。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動式圧縮機を備えた冷凍装置。