JP6903826B2 - スクロール圧縮機における動的半径方向コンプライアンス - Google Patents

Description

本開示は、スクロール圧縮機の半径方向コンプライアンスの技術分野に関する。

スクロール圧縮機は、可変冷媒流量（ＶＲＦ）システムを含む冷媒圧縮用途に広く使用されている。スクロール圧縮機は、動作中に冷媒ガスの三日月形のポケットを形成する、噛み合う対の渦巻状インボリュートとして共に嵌合する固定スクロールおよび旋回スクロールを含むことができる。スクロール圧縮機はまた、旋回スクロールを旋回させるための偏心ジャーナルまたはピンを有する主シャフトまたはクランクシャフトを含むことができる。一般に、動作中、吸入ガスは圧縮機に入り、次にスクロール対の外周に入る。旋回運動が生じると、ポケットの容積が減少し、これによりガスがより高い圧力に圧縮される。いくつかの実施態様では、中心セクションの近傍で、圧縮ポケットが固定スクロールの排出ポートに到達し、高圧ガスが固定スクロールの上部から出る。高圧排出ガスはまた、一般に、ポンプカートリッジとハウジングとの間で下向きに流れ、その後圧縮機から外に出ることができる。ＶＲＦスクロール圧縮機は、本質的にすべて高圧側であり、これは吸入ガスが圧縮室に直接入り込むことを意味し、圧縮機ハウジング内の大部分の容積は、排出圧力にある。
スクロール技術における半径方向コンプライアンスは、スクロールセット（例えば、旋回スクロールおよび固定スクロール）が、圧縮中にインボリュート壁の接触を維持することによって旋回スクロールのシャフトジャーナルの偏心オフセットを確立することを可能にする。

いくつかの実施態様は、可変速でスクロール圧縮機の動的半径方向コンプライアンスを達成するための構成および技術を含む。例えば、スクロール圧縮機は、主軸に沿って延びる駆動シャフトであって、駆動シャフトの直径よりも小さな直径を有するシャフト偏心部を含む駆動シャフトと、シャフト偏心部に配置されたスライダブロックと、スライダブロックに配置された旋回スクロールであって、ベースプレートと、旋回スクロールベースプレートから軸方向に延びる渦巻状ラップとを有する旋回スクロールと、ベースプレートを有する固定スクロールであって、固定スクロールベースプレートから軸方向に延び、旋回スクロールの渦巻状ラップに入れ子状に巻かれた渦巻状ラップを有する固定スクロールと、スライダブロックと係合するボアを有するバランスウェイトと、バランスウェイトを支持し、駆動シャフトと係合するボアを有するバランスウェイトガイドプレートとを備え、バランスウェイトは、上向きの主軸に垂直な第１の表面を含み、バランスウェイトガイドプレートは、主軸に垂直かつ第１の表面に平行であり、第１の表面に面する第２の表面を含む。

詳細な説明は、添付の図を参照して説明される。異なる図における同じ参照番号の使用は、類似または同一の項目または特徴を示す。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるコンプライアントバランスウェイトの斜視図の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるコンプライアントバランスウェイトの斜視図の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるバランスウェイトガイドプレートの斜視図の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の一部の上面図の例を示す図である。

いくつかの実施態様による動作中の様々な力の例を示す図である。

いくつかの実施態様による動作中の様々な力およびモーメントの例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の一部の分解斜視図の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の一部の断面図の例を示す図である。

いくつかの実施態様による動作中の様々な力の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるバランスウェイトの斜視図の例を示す図である。

いくつかの実施態様による動作中の様々な力の例を示す図である。

いくつかの実施態様による様々な力の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるジャーナルリングの斜視図の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるバレル型スライダブロックの例を示す図である。

いくつかの実施態様によるコンプライアントバランスウェイトの例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。

いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の一部の上面図の例を示す図である。

いくつかの実施態様による圧縮機の回転／分（ＲＰＭ）に対する側面接触力を示すグラフの例を示す図である。

スクロール圧縮機は、典型的には、固定または非旋回スクロールと、モータによって駆動される主シャフトに結合された旋回スクロールとを含む。固定および旋回スクロールは、噛み合う対の渦巻状インボリュートとして共に嵌合する。高負荷下では、可変速スクロール圧縮機の主シャフトは、屈曲してしまうことがある。負荷は、ガス圧力と、非常に高速において、例えば、旋回スクロール質量の遠心力の両方を含む。可変速動作中、固定スクロールと旋回スクロールとの間の適切なインボリュート接触を維持することによって、最適な圧縮が部分的に達成される。さらに、可変速圧縮機の１つの目的は、スクロール側面力をすべての速度でより一定に正規化することであり得る。

本明細書で説明される技術は、動作条件および速度にかかわらず、比較的一定のインボリュート壁の接触を発生するための半径方向コンプライアンスを提供する。図１は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機１の断面図の例を示す図である。圧縮機の本体またはハウジングは、上側キャップ２と、中心シェル６と、下側キャップおよびベース４とを含むことができる。これらの構成要素は、共に圧入することができる。上側キャップ２、中心シェル６、および下側キャップ４は、概して円形のプロファイルを有してもよい。下側キャップ４は、本質的に、主軸２１に本質的に平行な縦方向に延びる縁部またはリムを有するボウル形状であってもよい。下側キャップ４は、圧縮機の構成要素が組み立てられるまたは配置される開放端部または面を有することができる。中心シェル６は、本質的に主軸２１に平行な軸を有する円筒形であってもよく、主軸受２４および下側軸受３６のような、主シャフトまたは駆動シャフト２０の１つまたは複数の軸受のボア（単数または複数）と同心であってもよい。中心シェル６は、開放上部および底部端部を有し、「ケース」と呼ぶことができる。上側キャップ２は、本質的に、主軸２１に本質的に平行な縦方向縁部またはリムを有するボウル形状であってもよい。上側キャップ２は、例えば、旋回スクロール１４および固定スクロール１０ならびに関連する構成要素などの圧縮機構または圧縮ユニットの構成要素を含み得る、組立中に所定の位置に一旦圧縮された圧縮機の構成要素を収容する開放端部または面を有する。中心シェル６は、シートメタルまたは鋼管などであってもよい。上側キャップ２、中心シェル６、および下側キャップ４は、低炭素鋼で作製することができる。さらに、スクロール圧縮機１は、周囲環境から密閉的にシールされてもよいが、本明細書に記載の技術はまた、性能を損なうことなく、半密閉スクロール設計にも適用することができる。

吸入入口８が上側キャップ２に設けられ、冷媒ガスもしくは液体または液体とガスとの混合物を吸入することができる。さらに、排出出口１１を固定スクロール１０の上部部分に配置してもよい。図１に示す例では、冷媒液体は、固定スクロール１０と旋回スクロール１４のインボリュートの噛合によって形成された圧縮室に直接吸入され、ハウジングの内部の大部分は排出圧力にあり、これは「高圧側」圧縮機として知られ得る。しかし、この例および本明細書に開示される技術は、ハウジングの内部の大部分が吸入圧力にある「低圧側」の圧縮機に適用されてもよい。

駆動シャフトまたは主シャフト２０が位置合わせされ、主軸受２４および／または下側軸受３６によって支持され得ることで、主軸２１はロータ２８によって非常に高速に回転させることができる。主シャフト２０は、主軸２１の周りを回転することができ、ロータ２８は、主軸受２４と下側軸受３６との間に配置され得、主シャフト２０に圧入されてステータ２６と同軸に位置合わせすることができる。上側バランスウェイトはまた、ロータ２８の上に示されてもよい。動作中、ステータ２６が磁界を付与することで、ロータ２８はスピンし、圧縮ユニットのガス、例えば、動作時に固定スクロール１０の渦巻状インボリュート１２と旋回スクロール１４の渦巻状インボリュート１６の噛合によって形成されるガスの圧縮ポケットを圧縮するための高出力を生成する。モータ（例えば、ロータ２８およびステータ２６）は、永久磁石と共にステータ２６、ならびにロータ２８の特別な巻線設計を含むことができる。

アセンブリの下側部分（例えば、下側キャップ４）からのオイルなどの潤滑剤は、シャフト２０内の通路２３に引き出される。潤滑剤は、下側軸受３６、主軸受２４、および旋回スクロール軸受１４２を潤滑するために使用することができる。加えて、潤滑を必要とする旋回スラスト表面が存在する。いくつかの実施態様では、開口部３４を有する潤滑剤ピックアップ管３０は、主シャフト２０から下側キャップ４に向かって軸方向に延び、主シャフト２０が回転するときに潤滑剤を吸入することができる。

図１はさらに、主シャフト２０の一端部（例えば、上側端部）から軸方向に延びることができる偏心ピンまたはジャーナル２２を示しており、モータによって駆動されることで旋回運動を旋回スクロール１４に付与することができる。スライダブロック１２２を配置することもでき、いくつかの実施態様では、スライダブロック１２２は、旋回スクロール軸受１４２のジャーナルを形成する、焼結、硬化、および研削構成要素であってもよい。

一般に、上述したように、モータ構成要素（例えば、ロータ２８、ステータ２６）を駆動することによって旋回スクロール１４を回転させると、冷媒ガスが吸入入口８を通過し、旋回スクロール１４と固定スクロール１０のインボリュートによって形成された圧縮室に誘導される。そして、圧縮室の冷媒ガスは、旋回スクロール１４と固定スクロール１０との間の中心に向かって移動するにつれて容積が減少して圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール１０の排出ポート１１から排出され得る。圧縮された冷媒ガスはまた、固定スクロールのインボリュート床の内部に合理的に位置し、排出室に直接接続された小型バイパスバルブを介して排出されてもよい。

旋回スクロールの材料は、インボリュート壁および他のセクションを従来のインボリュート構造よりも薄くすることを可能にし、それによって同じパッケージサイズでより大きな変位を生じさせる高強度かつ高剛性の軽量材料とすることができる。これにより、旋回スクロールの質量も最小化される。２５０００キップ／平方インチ（ｋｓｉ）の剛性および３００ｋｓｉの引張強さを有する延性鉄（３００）、ならびに１５０００ｋｓｉの剛性および４０ｋｓｉの引張り強さを有するＧ４０鋳鉄などの材料を、旋回スクロールおよび固定スクロールに使用することができる。

図２は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機１の断面図の一部の例を示す図である。図示のように、スライダブロック１２２は、シャフト偏心部２２に配置することができ、力をシャフト偏心部２２から旋回スクロール１４に伝達することができる。スライダブロック１２２は、旋回スクロール１４のハブ１５を支持する、１つまたは複数の旋回スクロール軸受１４２とインターフェースすることができる。いくつかの実施態様では、スライダブロック１２２は、偏心駆動フラット１２５（図７により詳細に示す）と呼ぶことができる、偏心ピン２２のフラットセクション１２５によって駆動されてもよい。シャフト偏心部２２および偏心駆動フラット１２５は、主シャフト２０の回転運動をスライダブロック１２２の対応するフラット表面１２４に伝達し、そして旋回スクロール１４の旋回運動を駆動する。上述したように、図２により詳細に示すように、旋回スクロールプレート１４６の上側表面側には、固定スクロール１０の渦巻状インボリュート１２に噛み合う渦巻状インボリュート１６が配置される。上側表面側とは反対側の外表面側には、１つまたは複数の旋回スクロール軸受１４２を介してスライダブロック１２２に結合され得るハブ部分１５を配置することができる。軸受インサートは、旋回スクロール１５のハブ内に押し込まれてもよい。次に、軸の中心線で正確に穴を空けることができる。軸受インサートは、シャフトジャーナル上に挿入されると小さな隙間を有する。偏心部（シャフト２０またはスライダブロック１２２のいずれか）は、旋回スクロール１４を２ｘ偏心に等しい円で回転させる。半径方向コンプライアンススライダブロック１２２の場合、円は、スクロール渦巻の幾何学的形状によって画定される。

旋回スクロール１４と非旋回固定スクロール１０との間の相対的な旋回移動は、旋回スクロールプレート１４６の下に設けられ得るオルダムカップリング５４によって実現することができる。オルダムカップリング５４の１つの機能は、固定スクロール１０および旋回スクロール１４の部分１４、１６の両方のスクロールインボリュート数学的曲線のＸ−Ｙ軸の位置合わせを維持することである。Ｘ−Ｙ軸の位置合わせは、旋回スクロールと主フレームとの間の直接接続、次いで主フレームと固定スクロールとの間の位置合わせされた接続によって達成することができる。

旋回スクロール１４の質量を本質的にオフセットする、コンプライアントまたは可動バランスウェイト３００をスライダブロック１２２に取り付けることができる。スライダブロック１２２内の有意な駆動角度により、接線方向圧縮ガス力Ｆｔｇの構成要素がスクロール側面力Ｆｆｌに加えられる。バランスウェイトガイドプレート５００を配置することができ、駆動シャフト２０の上側セクションに押し付けることができる。バランスウェイトガイドプレート５００は、シャフト軸２１に垂直に装着されてもよい。スライダブロック１２２は、例えば、スライダブロック１２２内のフラット表面１２４に関する半径方向の位置合わせ、およびスライダブロック１２２の下側端部に関する軸方向の位置合わせを伴って、コンプライアントバランスウェイト３００に圧入されてボア３１６に入ることができる。さらに、スライダブロック１２２の軸線とコンプライアントバランスウェイト３００の安定化表面（例えば、上向き表面３２０）の垂直性を有することが好ましい。安定化表面は、図３および図４を参照して以下により詳細に説明される。

図２はさらに、主シャフト２０の段付き直径部分１２０を示しており、これはシャフト２０の主部分よりも小さな直径を有する主シャフト２０の一部である。いくつかの実施態様では、段付き直径部分１２０は、バランスウェイトガイドプレート５００の下側表面が配置され得るショルダまたはコーナー部分を形成することができる。さらに、段付き部分１２０は、シャフト偏心部２２の直径よりも大きい直径を有してもよく、主シャフト２０の段付き直径部分１２０は、シャフト偏心部２２よりも軸方向下方に配置されてもよい。さらに、バランスウェイトガイドプレート５００は、段付き部分１２０によって支持される駆動シャフトの段付き直径１２０に圧入されてもよい。いくつかの例では、バランスウェイトガイドプレート５００は、打ち抜かれた金属部品であり、その後機械加工される。さらに、いくつかの実施態様では、段付き部分１２０は、バランスウェイトガイドプレート５００と主フレーム１８の上側表面の一部との間にギャップまたは隙間１２１が存在し得るように、バランスウェイトガイドプレート５００を支持してもよい。加えて、いくつかの実施態様では、ガイドプレート５００は、シャフト偏心部２２およびスライダブロック駆動フラット１２４に半径方向に位置合わせされてもよい。これに対応して、コンプライアントバランスウェイト３００は、スライダブロック駆動フラット１２４と同じ半径方向に位置合わせされてもよい。

さらに、少なくとも１つの中間圧力シール５６を軸方向コンプライアンスシールプレート４０に配置することができる。軸方向コンプライアンスシールプレート４０は、組立中にシールを位置させて維持するために使用することができる。上述したように、動作中、吸入ガスが圧縮されると、圧力は、固定スクロール１０の上部に配置された排出出口１１から出るまで増加する。このプロセスの間、高い内部圧力は、軸方向コンプライアンス用でなければ、固定スクロール１０および旋回スクロール１４を軸方向に離間させ得る。場合によっては、軸方向コンプライアンスは、ガス圧力を旋回スクロール１４または固定スクロール１０のいずれかの下側表面に加えることに関する。この力は、中間圧力シール５６の露出した内径領域に加えられた排出圧力１４０から開始する、２つの供給源の組合せを含むことができる。第２の力は、中間圧力シール５６の外径からスクロール接触リング１４８までの領域に加えられる中間圧力５２とすることができる。これは、固定スクロール１０の外側精密表面であり、旋回スクロールプレート１４６の対応する表面と接触させる。一般に、中間ガス圧力５２は、スクロール接触リング１４８の外側にあり、吸入ガス圧力は、スクロール接触リング１４８の内側にある。結果的に加えられるガス力は、排出ガス圧力１４０と組み合わされる。いくつかの実施態様では、加えられるガス力のための領域は１つしか存在しないが、これは中間ガスおよび排出ガス圧力の組合せである。例えば、軸方向コンプライアンスにおいて加えられる力の一部は、排出圧力の関数であり、加えられる力の残りの部分は、中間圧力の関数でなければならない。中間圧力は、単に圧縮された吸入ガスであってもよい。例えば、すべての力は、旋回スクロール１４と固定スクロール１０との間で、旋回、速度、および動作エンベロープにわたって軸方向接触を維持する。

さらに、旋回スクロール１４はコンプライアントであるが、インボリュート側面接触点において固定スクロール１０と半径方向に接触するようにされる。旋回スクロール１４はまた、固定スクロール１０と軸方向に接触するようにされることで、各インボリュートの先端および床が接触する。さらに、中間圧力ポート１４４を旋回スクロールプレート１４６に配置して、中間圧力５２において流体の通過を可能にすることができる。

図３および図４は、いくつかの実施態様によるコンプライアントバランスウェイトの斜視図の例を示す図である。図３に示すように、場合によっては、スライダブロック１２２は、コンプライアントバランスウェイト３００のスライダブロック３１６のボアに圧入されてもよい。したがって、コンプライアントバランスウェイト３００は、スライダブロック１２２に取り付けまたは固定されてもよく、動作中に旋回スクロール１４の質量を本質的にオフセットしてもよい。

コンプライアントバランスウェイト３００の主本体は、本質的に互いに１８０°とすることができる外径表面３０８ならびに第１の端部面３０４および第２の端部面３０６を有するＣ形状を有することができる。各端部面３０４、３０６は、本質的にフラットかつ平坦な外側表面であってもよく、各端部面３０４、３０６の平面は、主軸２１に平行であってもよく、いくつかの例では、端部面３０４、３０６の各々は、１つの平面に平行であってもよい。さらに、いくつかの実施態様では、第１の端部面３０４および第２の端部面３０６は、バランスウェイトの円形形状に対して互いに１８０°よりも小さくても大きくてもよい。換言すれば、いくつかの実施態様では、第１の端部面３０４に平行な平面は、第２の端部面３０６に平行でなくてもよい。

いくつかの例では、Ｃ形状のコンプライアントバランスウェイト３００の内側湾曲表面３１０は、本質的に円形（または半円形）であってもよく、または湾曲していてもよく、かつ滑らかな表面を有してもよい。内側湾曲表面３１０の曲率は、外径表面３０８の曲率に対応し得る。さらに、内側湾曲表面３１０は、滑らかおよび／またはフラットであってもよい。スライダブロック３１６のボアは、バランスウェイトの内側表面３１０の湾曲部分と同軸または同心でなくてもよく、オフセットされてもよい。スライダブロック３１６のボアは、バランスウェイト３１２の下側フラット部分に配置することができ、その平面は、内側湾曲表面３１０に対して垂直に配置することができる。換言すれば、いくつかの実施態様では、下側フラット部分３１２は、フラットであってもよく、主軸２１に垂直であってもよい。また、バランスウェイト３１２の下側フラット部分を含む平面は、端部面３０４、３０６を含む平面に垂直であってもよい。

いくつかの実施態様では、スライダブロック３１６のボアの縁部から第１の端部面３０４の縁部までの第１の半径方向距離は、スライダブロック３１６のボアの縁部から内側湾曲表面３１０の一部、例えば切り欠きまたはノッチ部分３１８に最も近い内側湾曲表面３１０の一部までの第２の半径方向距離よりも小さくてもよい。したがって、下側フラット部分３１２は、円形でなくてもよく、同じまたは一定の半径を有さない湾曲したまたは丸みを帯びた形状を有してもよい。

加えて、下側フラット部分３１２は、端部面３０４、３０６を越えて半径方向に延びる外側リム部分３１４を有してもよい。この外側リム部分３１４は、スライダブロック３１６のボアと一致する円弧形状を有することができる。

いくつかの例では、下側フラット部分３１２の上側表面は、コンプライアントバランスウェイト３００の上側表面３０２に平行であってもよい。さらに、コンプライアントバランスウェイト３００の主本体の外径表面３０８は、本質的に上側表面３０２に垂直であってもよい。切り欠きまたは段付き部分３１８は、上側表面３０２および外径表面３０８に配置することができる。上向き表面３２０は、上側表面３０２と平行であってもよいが、軸方向下側に位置してもよいし、軸方向に配置されてもよい。上向き表面３２０は、本質的にフラットであってもよく、または上向き表面３２０から突出する丸みを帯びた突出部またはバンプ３６０を含んでもよい。突出部またはバンプ３６０は、以下により詳細に説明される。さらに、切り欠き部分３１８は、バランスウェイトガイドプレート５００のアーム５１２と対応する形状を有することができ、これについては以下により詳細に説明する。さらに、コンプライアントバランスウェイト３００の重心の質量、形状、および位置は、圧縮機の他の構成要素の位置関係に基づいて変更してもよい。さらに、コンプライアントバランスウェイト３００のそれぞれの表面の縁部は、滑らかであっても、丸みを帯びていても、または正方形であってもよい。

図４に示すように、切り欠き部分３１８は、外径表面３０８および上側表面３０２に、スライダブロック３１６のボアに対向しかつ位置合わせした位置に配置することができる。いくつかの例では、切り欠き部分３１８は、端部面３０４、３０６の各々から外径３０８の円周方向に沿って等距離にある。切り欠き部分３１８内には、上向き表面３２０および外向き表面３２２を含む段付き表面を配置することができる。これらの表面３２０、３２２は、フラットおよび／または滑らかであってもよく、互いに垂直であってもよい。さらに、上向き表面３２０は、上側表面３０２と平行であり、主軸および／またはスライダブロック１２２に垂直であってもよい。上述したように、上向き表面は、丸みを帯びたバンプまたは突出部３６０を含むことができる。いくつかの実施態様では、突出部３６０は、三角形のバンプまたは突出部３６０の一方の表面が外向き表面３２２に対して平行かつ連続するように、正方形もしくはフラット、または三角形であってもよい。突出部またはバンプ３６０が丸みを帯びた実施態様では、形状は、半円形であってもよい。さらに、いくつかの例では、突出部またはバンプ３６０は、切り欠き部分３１８の全幅に及ばなくてもよい。一対の内向き切り欠き表面３２６は、互いに対向し、外向き切り欠き表面３２４に垂直であってもよい。いくつかの実施態様では、上向き表面３２０は、外向き切り欠き表面３２４に垂直である。さらに、図示のように、バンプまたは突出部３６０の側壁３６２は、内向き切り欠き表面３２６に平行であってもよい。

図５は、いくつかの実施態様によるバランスウェイトガイドプレートの斜視図の例を示す図である。図５に示すように、バランスウェイトガイドプレート５００は、ベース部分５０６と、アーム部分５１２とを含む。ベース部分は、主軸に垂直であり得る上部または上側表面５０２と、側表面５０４とを含む。上側表面５０２は、本質的にフラットであってもよく、主シャフト５１０のボアは、ベース部分５０６に配置される。図５に示すように、ベース部分５０６は、主シャフト５１０のボアから半径方向外向きに扇状であり得る湾曲外側縁部５０８を含むことができる。主シャフト２０のボア５１０は、少なくとも図１および図２に示すように、主シャフト２０の段付き直径部分１２０と係合し、その上に配置されてもよい。場合によっては、ボア５１０の下側部分は、主軸２１に垂直な段付き直径部分１２０のフラット表面と係合して接触してもよい。いくつかの例では、バランスウェイトガイドプレート５００は、主シャフト２０の上側部分（シャフト偏心部２２の下）または段付き直径部分１２０に圧入することができる。さらに、バランスウェイトガイドプレート５００を主シャフト２０に組み立てる際に、主シャフト２０の上部表面の一部（シャフト偏心部２２の主部分の下）は、バランスウェイトガイドプレート５００のベース部分５０６の上部または上側表面と同一平面上にあってもよい。さらに、いくつかの実施態様では、コンプライアントバランスウェイト３００の下側表面は、バランスウェイトガイドプレート５００のベース部分５０６の上部または上側表面と接触している。したがって、いくつかの実施態様では、主シャフト２０の段付き直径部分１２０の軸方向の距離は、バランスウェイトガイドプレート５００のベース部分５０６の縁部５０４の軸方向の厚さに等しくてもよい。

アーム部分５１２は、ベース部分５０６から伸びる「Ｌ」形状とすることができる。アーム部分５１２は、動作中にスライダブロック１２２およびコンプライアントバランスウェイト３００を安定化させることができる。この態様については、以下により詳細に説明する。いくつかの実施態様では、アーム部分５１２は、ベース部分５０６から上方に、ベース部分５０６に垂直に、かつ主軸２１に平行に延びる縦方向部分５１４を含むことができる。縦方向に延びる部分５１４は、コンプライアントバランスウェイト３００に面する内向き表面５１６を有する壁または突出部であってもよい。さらに、縦方向に延びる部分５１４は、縁部５０４の厚さに等しい半径方向の厚さを有することができる。内向き表面５１６は、コンプライアントバランスウェイト３００の外向き表面３２２の形状に対応する形状を有することができる。さらに、ギャップまたは隙間が外向き表面３２２と内向き表面５１６との間に存在してもよい。

いくつかの実施態様では、リップまたは突出部部分５１８は、縦方向に延びる部分５１４から内向きに半径方向に主シャフト２０に向かって、かつ縦方向に延びる部分５１４に垂直に延びる。突出部５１８は、主シャフト２０に向かって面し、かつコンプライアントバランスウェイト３００のノッチまたは切り欠き部分３１８の外向き切り欠き表面３２４に面する内向き表面５２２を有することができる。いくつかの実施態様では、ギャップまたは隙間が外向き切り欠き表面３２４と内向き表面５２２との間に存在してもよい。内向き突出部５１８はまた、ベース部分５０４と平行な上部表面５２０を含むことができる。

図６は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。図６に示すように、上部表面５２０に対向して、突出部５１８の下側表面５２４が存在する。下側表面５２４は、フラットかつ滑らかであってもよく、主軸２１に垂直であってもよい。下側表面５２４およびバンプまたは突出部３６０の１つの目的は、コンプライアントバランスウェイト３００およびスライダブロック１２２のアセンブリを、旋回の高速遠心力による不都合なコンプライアントバランスウェイトの回転から防止することである。

加えて、いくつかの実施態様では、ノッチまたは切り欠き部分３１８の幅は、追加の摺動隙間を有してアーム５１２の幅に対応してもよい。したがって、いくつかの実施態様では、アーム５１２のそれぞれの側表面は、内向き切り欠き表面３２６のようなノッチまたは切り欠き部分３１８のそれぞれの側表面に対応することができる。これらの表面は、摺動接触することができるが、コンプライアントバランスウェイト３００およびスライダブロック１２２のアセンブリの摺動を妨げないように十分な隙間を有する。これらの表面は、過度の移動を防止するために半径方向の位置合わせでコンプライアントバランスウェイト３００を捕捉することが意図されている。いくつかの実施態様では、コンプライアントバランスウェイト３００とガイドプレート５００との間に半径方向移動は存在しない。

加えて、いくつかの実施態様では、ギャップまたは隙間１８０がバンプまたは突出部３６０と下側表面５２４との間に軸方向に存在する。内向きに延びる半径方向突出部５１８、より具体的には下側表面５２４は、スライダブロック１２２を有するコンプライアントバランスウェイト３００のサブアセンブリの「上方停止」を行うことができ、旋回スクロール軸受１４２に対するスライダブロック１２２の傾斜および縁部荷重を制限することができる。旋回する質量の遠心力は、不安定性のような問題、ならびにスクロール動作の過渡的な条件を引き起こす可能性がある。この信頼性についての特徴は、最高動作速度で特に重要である。安定化表面（例えば、３６０、５２４）は、スライダブロック１２２を安定化させ、１つの目的は、スライダブロック１２２の主シャフト軸に対する厳密な縦方向の配向を維持することである。この厳密な配向は、バランスウェイトスライダブロックアセンブリの反動モーメントにより、高速における旋回スクロール軸受の交差荷重を防止する。さらに、本明細書に開示されるように、バランスのとれたバランスウェイトをスライダブロック、および駆動シャフト２０に取り付けられたバランスウェイトガイドプレートに適用することによって、圧縮機は、例えば、低速から高速まで本質的に一定のインボリュート側面接触を達成することができる。

上述したように、スライダブロック１２２は、コンプライアントバランスウェイト３００のボア３１６に配置される。いくつかの実施態様では、位置合わせに関して、突出部５１８のバンプまたは突出部３６０および下側表面５２４を含むことができるスライダブロック軸および安定化表面は、垂直でなければならない。さらに、スライダブロック１２２の軸方向中心線は、コンプライアントバランスウェイト３００の半径方向軸に垂直であってもよい。突出部５１８のバンプまたは突出部３６０および下側表面５２４は、軸方向でコンプライアントバランスウェイト３００の上部表面３０２の下にあってもよい。さらに、突出部５１８の上部表面５２０は、上部表面３０２よりも軸方向に高くてもよい。例えば、スライダブロック１２２がコンプライアントバランスウェイト３００に取り付けられるので、内向き突出部５１８のバンプまたは突出部３６０と下側表面５２４とのインターフェース、接触、または当接によって生じる安定化は、過度の遠心力による高速で起こり得る、旋回スクロール軸受１４２内でのスライダブロック１２２の問題となる傾斜を防止する。加えて、バンプまたは突出部３６０の上部表面は、高速での接触線または接触表面を提供する。いくつかの実施態様では、バンプまたは突出部３６０の接触線は、最良の安定化を提供するために、スライダブロック１２２から半径方向外向きに離れ、可能な限り離間してもよい。

さらに、バランスウェイトおよびバランスウェイトガイドプレートのそれぞれの表面のそれぞれのインターフェースまたはコーナーは、丸みを帯びていても、滑らかであってもよく、または正方形であってもよい。例えば、さらに、バランスウェイトの縦方向部分および下側部分のコーナーまたはインターフェースは、丸みを帯びた縁部または正方形の縁部であってもよい。同様に、上部部分および縦方向部分のコーナーまたはインターフェースは、丸みを帯びていてもまたは正方形であってもよい。

さらに、図６に示すように、ベース部分５０６の外側縁部５０８は、外側リム部分３１４よりも半径方向にさらに延びてもよい。上述したように、外側縁部５０８は、半径方向外向きに延びることができ、ガイドプレート５００の質量中心を主シャフト２０の中心軸に位置合わせするように機能することができ、これにより、シャフト高速動作のためにガイドプレート５００のバランスをとることができる。場合によっては、バランスウェイトガイドプレート５００の外側縁部５０８のプロファイルまたは縁部は、湾曲していても、円形であっても、またはフラットであってもよい。

図７は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の一部の上面図の例を示す図である。図７に示すように、スライダブロック１２２は、本質的に円形のプロファイルを有してもよく、本質的に円筒形かつ中空であってもよい。スライダブロック１２２の内部表面または内側表面１２６は、本質的にフラット表面またはフラット部分１２４を有することができる。フラット部分１２４は、シャフト偏心部駆動ピン２２（偏心駆動フラット１２５としても知られ得る）のフラット部分１２５に対応することができ、シャフト偏心部２２の半径方向軸に対する特定の配向を有することができる。さらに、駆動フラット１２５の偏心オフセットに対する関係は、駆動角度であり、以下により詳細に説明する。スライダブロック１２２の表面１２６の内部の曲率は、シャフト偏心部２２の外側表面の曲率に対応し得る。スライダブロック５０の軸方向中心線軸は、コンプライアントバランスウェイト３００の半径方向軸に垂直であってもよい。スライダブロック１２２はまた、ブロックの下側端部に関する軸方向に位置合わせされるように配置されてもよい。

図７はさらに、動作中に上方に汲み上げられるオイルを逃がすための、シャフト偏心部２２の上部表面に配置され得るオイル孔２３を示す。ギャップまたは隙間が、シャフト偏心部２２の外側表面部分とスライダブロック１２２の内側表面部分１２６との間に存在してもよい。さらに、いくつかの実施態様では、コンプライアントバランスウェイト３００の第１の端部面３０４および第２の端部面３０６を含む縦方向平面は、図７に点線で示すように、スライダブロックの直径と平行であってもよい。さらに示すように、バランスウェイトガイドプレートの部分５０８は、本質的に半径方向に外向きに扇状である湾曲した円形の扇形部分を有することができる。図５はさらに、コンプライアントバランスウェイト３００の上部表面３０２が半円形のプロファイルを有することができることを示す。

図８は、いくつかの実施態様による動作中の様々な力の例を示す図である。図８は、図５の要素に重ねられた様々な半径方向の力を示す。図６は、例えば、スライダブロック１２２が、スライダブロック１２６の内側表面のスライダブロック駆動フラット１２４に対して特定の半径方向の位置合わせでボア３１６内に配置され得ることを示す。この配向は、角度Φに基づいている。この角度が正の場合、非常に大きく問題となる接線方向ガス力Ｆｔｇの構成要素が追加され、これは本質的に圧縮力である。この構成要素の追加は、旋回スクロール１４の遠心力に（かつ半径方向ガス力とは反対に）適用される。例えば、Ｆｔｇは、水平方向の支配的なガス圧力であり得る、接線方向ガス力であり、Ｆｒｇは、側面接触部を開くように作用し得る横方向の小さなガス圧力である、半径方向ガス圧力であり、Ｆｃｏｓは、質量および速度に基づき、半径方向ガス力Ｆｒｇとは反対に働く、旋回スクロールの遠心力であり、Ｆｃｃｗは、旋回スクロールの遠心力Ｆｃｏｓとは反対に働く、コンプライアントバランスウェイトの遠心力であり、Ｆｓは、モータから圧縮機構へのスライダブロックの駆動力であり、Ｆｆｌは、インボリュートの壁の間の側面接触力であり、Ｆは、Ｔｔｇの構成要素を旋回スクロールの遠心力Ｆｃｏｓに加える駆動角度を表す。

接線方向ガス力Ｆｔｇは、非常に大きいものであり得、旋回スクロール１４の中心と固定スクロール１０との間に位置することができ、本質的に側面接触点から９０°であり得る。この接線方向ガス力Ｆｔｇは、固定および旋回スクロールセットの実際のインボリュート設計に応じて、周期的な負荷変動を伴って旋回スクロール１４に影響を及ぼすことがある。半径方向ガス力Ｆｒｇは、接線方向から本質的に９０度と比較的小さくてもよく、側面接触点を開くように働く。これらの２つの力は、圧縮機の動作条件によって大きく変化し得るが、圧縮機の速度によってはほとんど変化しない。旋回スクロールの遠心力Ｆｃｏｓは、モータ（ステータ２６、ロータ２８）の質量、旋回半径、および速度に依存する。コンプライアントバランスウェイトの遠心力Ｆｃｃｗは、旋回スクロール遠心力と本質的に同じになるように設計されるが、１８０°離れて動作する。この部分の機能は、旋回スクロールの遠心力Ｆｃｏｓを本質的にオフセットすることである。スライダブロック力Ｆｓは、圧縮機構への運動および出力の伝達であり、動作条件ならびにモータの速度によって変化する。側面力Ｆｆｌは、旋回スクロールおよび固定スクロールの壁の間の直接接触である。

図９は、いくつかの実施態様による動作中の様々な力およびモーメントの例を示す図である。参照番号９０５は、旋回スクロール軸受１４２の中心線を表す。Ｆｃｃｗは、旋回スクロール１４の質量中心のＦｃｏｓからのモーメントアーム９０２を有する、コンプライアントバランスウェイト３００の質量中心にある。破線９０７は、固定スクロール１０の中心、シャフト２０の中心およびシェル６の中心を示すことができる。Ｆｓ ＳｉｎΦは、駆動角度Φに基づく、力Ｆｃｃｗからのモーメントアーム９０１を有するシャフトからの圧縮力の構成要素である。旋回スクロール９０５の中心線に加えて、バンプまたは突出部３６０の上部表面と下側表面５２４の接触線は、モーメントアーム９０３を画定する。これらのパラメータは、動的半径方向コンプライアンスの要素の所望の性能および信頼性を生じさせるように最適化することができる。いくつかの実施態様では、側面接触力は、以下の式によって定義され得る：
Ｆｆｌ＝Ｆｃｏｓ−Ｆｃｃｗ−Ｆｒｇ＋Ｆｓ＊ｓｉｎΦ …（式１）
したがって、式１のそれぞれのパラメータを特定することによって、適切かつ本質的に一定の側面力接触をモータのすべての動作条件および速度において維持することができる。旋回スクロール遠心力はＦｃｏｓであり、これは本質的にコンプライアントバランスウェイトのＦｃｃｗによって相殺される。低速では、動作条件も通常は低い。したがって、主圧縮ガス力Ｆｓも、半径方向ガス力Ｆｒｇと同様により低くなる。したがって、駆動角度Φを最大化して大きな圧縮力ＦＳの構成要素を増加させることができ、これは本質的に最適な側面力Ｆｆｌを生成するのに十分な小さい半径方向ガス力Ｆｒｇをオフセットする。

本明細書に記載の技術は、漏れを最小化するために過度のオイル注入を行わずに、この速度まで絶対的な側面接触を維持することができる。反対に、固定された偏心スクロール機構では、非常に高速での旋回スクロール遠心力が過度の騒音を生成し、これは設計の主な制限である。この場合、本明細書に記載の技術は、旋回スクロール遠心力を回避し、側面負荷は、本質的に動作範囲全体にわたって最適化され得る駆動角度によって画定される。

高速では、動作条件は、通常ははるかに高い。これは、高負荷（冷却）と高圧力比（加熱）の両方で可能である。したがって、主圧縮ガス力Ｆｓも、半径方向ガス力Ｆｒｇと同様により高くなる。したがって、駆動角度Φを最小化して大きな圧縮力ＦＳの構成要素を減少させることができ、これは本質的に側面力Ｆｆｌを生成するのに十分なだけの小さい半径方向ガス力Ｆｒｇをオフセットする。

図１０は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の一部の分解斜視図の例を示す図である。図１０に示すいくつかの要素は、前の図に示された要素と同じまたは同様であってもよく、したがって、これらの要素の説明および相互接続性は、ここでは繰り返さない。さらに、図１０に示す要素は、前述の要素の変形であってもよい。図１０は、いくつかの実施態様では、ばね力をバランスウェイトガイドプレート５００とコンプライアントバランスウェイト３００との間に加えるばねアセンブリ１００２を設けてもよいことを示す。ばねアセンブリ１００２の力は、本質的に、上述したように、駆動角度が最大化かつ最小化されることの両方から利益を得ることができる。ばねアセンブリ力Ｆｓｐｒは、コンプライアントバランスウェイト３００に及ぼされる力として説明することができる。場合によっては、ばねアセンブリは、力をバランスウェイトガイドプレート５００とコンプライアントバランスウェイト３００との間に及ぼし得るばね、コイル、または他の弾性機構を含んでもよい。加えて、場合によっては、ばねアセンブリ１００２は、約６５ポンドの力で約０．０１０インチの全撓みを有する、ディスクタイプのベルビルワッシャまたは皿ばねのセットであってもよい。動的半径方向コンプライアンスサブアセンブリは、調整部材が作動されるまで力を生成しない。動的半径方向コンプライアンス機構が完全に組み立てられると、正確なばね力が圧縮機の組立中に作動され得る。図１０はさらに、上向き表面３２０から突出するバンプまたは突出部３６０を示す。

図１１は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の一部の断面図の例を示す図である。凹部３３０は、ばねアセンブリ１００２を受け入れるために、コンプライアントバランスウェイト３００に半径方向内向きに、かつ本質的にノッチまたは切り欠き部分３１８の下方に機械加工されてもよい。凹部３３０は、丸みを帯びていてもよく、主シャフト２０に本質的に垂直に半径方向内向きに機械加工されてもよい。位置合わせされたねじ孔１０２０は、バランスウェイトガイドプレート５００に配置されてもよく、アーム５１２の縦方向部分５１４にあってもよい。次に、止めねじ１０１０または同様の構成要素を凹部１０２０に挿入することができる。止めねじ１０１０は、水平平面に位置したばね調整部材であってもよく、ばねアセンブリ１００２を圧縮し、半径方向力をコンプライアントバランスウェイト３００に提供する。いくつかの例では、ばねアセンブリ１００２は、半径方向の一方の側でバランスウェイトガイドプレート５００の内表面に接触してもよく、半径方向のばねアセンブリの他方の側でコンプライアントバランスウェイト３００の凹部の外側表面に接触してもよい。図１１はさらに、バンプまたは突出部３６０を示す。

いくつかの実施態様では、ばねアセンブリ１００２によって提供されるばね力に加えて、コンプライアントバランスウェイト３００は、ある一定の量だけ数学的にオーバーバランスするように設計され得る。次いで、オーバーバランスした量は、追加の側面力なしで、完全にバランスのとれた圧縮機動作を達成するためにガイドプレートの接触によって打ち消すことができる。この実施態様によれば、システム性能評価がこの条件に対して非常に敏感であるので、側面接触はより低い速度に対して最適化され得る。選択された範囲を超えるより高い速度の場合、インボリュート側面は少量だけ接触を失う。側面接触から開接触への切換えのためのこの速度範囲を最適化するためのパラメータは、コンプライアントバランスウェイト３００のオーバーバランス量、駆動角度Φ、および上述の調整である。例示的な値は、５４００〜６０００ＲＰＭの範囲の切り換え速度について１１０％のコンプライアントバランスウェイトオーバーバランスおよび１１度の駆動角度Φを含み得る。例えば、上述したように、コンプライアントバランスウェイト３００の質量は、旋回スクロール１４の質量に本質的に等しくてもよく、したがって、モーメントを除いて、２つの力ベクトルの相殺が存在し得る。コンプライアントバランスウェイトの追加の質量は、オーバーバランスを生じさせる場合がある。さらに、このばね力を加えることにより、実際には非常に高速でインボリュート側面接触の小さな分離を起こすことができる設計が可能になり、したがって騒音レベルを大幅に低減することができる。

図１２は、いくつかの実施態様による動作中の様々な力の例を示す図である。参照番号１２０５は、旋回スクロール１４の中心線を表し、参照番号１２０７は、固定スクロール１０、中心シェル６、およびシャフト２０の中心を表す。図１２は、変数Φをばね力Ｆｓｐｒと共に最適化することができ、この手法の値は、圧縮機の様々な動作条件の間のＦｆｌの変動をさらに最小化することができることを示す。さらに、式１は、ばね力Ｆｓｐｒを含むことができ、その結果、式２は、以下のように説明される：
Ｆｆｌ；＝Ｆｃｏｓ−Ｆｃｃｗ−Ｆｒｇ＋Ｆｓ＊ｓｉｎΦ＋Ｆｓｐｒ …（式２）

図１２は、コンプライアントバランスウェイト３００およびバランスウェイトガイドプレート５００で組み立てられたばねアセンブリ１００２および止めねじ１０１０を示す。変数Φは、ばね力Ｆｓｐｒと共に最適化することができる。本明細書に記載の実施態様の一部の１つの全体的な目的は、インボリュート側面力Ｆｆｌの大きな変動を最小化することであるが、低速での圧縮の開始に潜在的な問題がある。適切な低速始動で、高速における最小騒音のための駆動角度Φの最適化された値に対して、発達した圧縮力は、遠心力および駆動角度力をオフセットし得る。これが起こると、インボリュート側面は接触することができず、これは本質的に圧縮力の上昇を防止し、実際に差圧を発生させることなく圧縮機を単に運転させることができる。より大きい駆動角度によりこの問題を解決することができるが、その増加は、高速で過度の側面接触力を引き起こす。負の結果は、より高い騒音レベルである。この最適化されたばね力を加えることにより、非常に高速でインボリュート側面接触の小さな分離を起こすことができ、したがって騒音レベルを大幅に低減することができる。高圧側可変速スクロールにおける固有のオイル注入は、意図的な側面隙間を効果的にシールし、性能は、容認可能なままとなり得る。高圧側スクロールでは、オイル注入は、一般に、非常に高速で過度となり、より高い出力を消費する。したがって、本明細書で先に説明した複合技術は、全速度範囲にわたって望ましい効果を生み出すことができる。

圧縮機の組み立ては、以下のステップの１つまたは複数を含むことができる。以下は、必ずしもステップの順序を示すものではない。モータステータ２６は、中心シェル６に組み立てることができる。ロータ２８は、シャフト２０の適切な位置に組み立てることができ、主フレームは、ロータ２８の上のスペーサを利用して駆動シャフト２０の主軸受２４の位置に挿入され得る。スライダブロック１２２は、コンプライアントバランスウェイト３００の精密ボア３１６に圧入することができる。いくつかの実施態様では、ばねアセンブリ１００２は、コンプライアントバランスウェイト３００の凹部３３０に挿入される場合がある。バランスウェイトガイドプレート５００およびコンプライアントバランスウェイト３００のサブアセンブリは、組み立てることができる。この時点で、いくつかの実施態様によれば、ばね調整はまだ行われていない。組立ステップはさらに、駆動シャフト２０の下側端部を支持することと、上述のサブアセンブリを上述の段付き直径１２０のシャフトに圧入することとを含むことができる。いくつかの実施態様では、次にばね調整は、圧縮機の主フレームの窓を通して必要な力に設定され得る。次いで、完成したサブアセンブリを上下逆に回転させることができ、非金属スペーサを除去することができる。ロータを隔離する特別な工具を用いて、次のステップは、上下逆の中心シェル６を主フレームサブアセンブリに圧入することを含むことができる。

図１３は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。図１３に示すいくつかの要素は、前の図に示された要素と同じまたは同様であってもよく、したがって、これらの要素の説明および相互接続性は、ここでは繰り返さない。図１３に示す要素は、前述の要素の変形であってもよい。例えば、図１３は、スライダブロック３１６のボア内のスライダブロック１２２に取り付けられたコンプライアントバランスウェイト３００を示す。さらに、図１３は、バランスウェイトガイドプレート５００を示す。図１３に示す実施態様では、調整ねじ１３０２が安定化アーム５１２の内向き突出部分５１８に配置される。例えば、ねじ孔１３０４を上部表面５２０から突出部分５１８に形成することができる。ねじ１３０２は、内向き突出部分５１８内に配置されてもよく、ねじ１３０６の下側表面は、突出部分５１８の下側表面５２４を超えて軸方向に延びてもよい。さらに、隙間またはギャップ１３１０が、ねじ１３０６の下側表面と上向き表面３２０との間に存在してもよい。

上述のようなねじ１３０２のアセンブリは調整可能であってもよく、ねじ１３０２の遠位端部は、丸みを帯びていてもよい。ねじを調整することにより、ねじの遠位端部を上向き表面３２０の上方とすることができる軸方向の位置が決定される。いくつかの実施態様では、ギャップまたは隙間がねじの遠位端部と上向き表面３２０との間に存在してもよい。高速において、ねじの遠位端部が上向き表面３２０に当接または接触し、それによってスライダブロック１２２を安定化させることができる。さらに、ねじ１３０２の遠位端部の上向き表面３２０との接触または当接は、例えば、旋回スクロール軸受１４２の縁部荷重の不足を防止することができる。止めねじ１３０２は、正確な隙間設定を提供することができる。サブアセンブリでは、この止めねじ１３０２の設定は、精密シムをコンプライアントバランスウェイト３００の表面とガイドプレート５００の表面との間に載置することによって行うことができる。次に、ねじ１３０２は、シム材料との接触がなされるまで下方にトルクをかけられ、そしてトルク設定が確立され得る。この設定手順が完了した後、一滴の液体接着剤材料をねじの上部に載せることができ、設定が恒久的に保持される。このような材料は、密閉型冷媒圧縮機に使用するために存在する。

アセンブリに関して、他のステップに加えて、以下のステップの１つまたは複数を実装することができる。モータステータ２６は、中心シェル６に組み立てることができる。ロータ２８は、シャフト２０の適切な位置に位置合わせすることができる。主フレーム１８は、いくつかの実施態様では、ロータ２８の上のスペーサを利用することによって駆動シャフト２０の主軸受位置に挿入され得る。スライダブロック１２２は、コンプライアントバランスウェイト３００の精密ボア３１６に圧入することができる。次に、バランスウェイトガイドプレート５００およびコンプライアントバランスウェイトのサブアセンブリは、安定化表面の止めねじが調整されて固定され得るように、固定具に組み立てることができる。そして、駆動シャフトの下側端部を支持するステップと、上記サブアセンブリをシャフト２０に段付き直径で圧入するステップとを完了してもよい。完成したサブアセンブリを上下逆に回転させることができ、スペーサを除去することができる。

図１４は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。図１４に示すいくつかの要素は、前の図に示された要素と同じまたは同様であってもよく、したがって、これらの要素の説明および相互接続性は、ここでは繰り返さない。図１４に示す要素は、前述の要素の変形であってもよい。例えば、図１４は、バランスウェイト１５００およびバランスウェイトガイドプレート１４００を示す。図１４は、バランスウェイトのモーメントを最小化するための、上述のコンプライアントバランスウェイトからのバランスウェイト１５００の異なる構造と、安定した動作に必要な特徴とを例示する。バランスウェイト１５００のこの部分の質量中心は、旋回スクロールの質量中心に近づくように持ち上げられている。加えて、バランスウェイト１５００の下側セクションは、上述のコンプライアントバランスウェイトの下側セクションと比較して、より大きな揺動半径を有する。バランスウェイト１５００は、旋回スクロール軸受１４２の軸方向コンプライアンスシールプレート４０と旋回スクロールハブ１５との間の空間を含んで、質量を可能な限り上方にして延びる。

図１５は、いくつかの実施態様によるバランスウェイトの斜視図の例を示す図である。いくつかの実施態様によれば、バランスウェイト１５００は、ベース表面１５０６と、中間外向き表面１５１２と、上側外向き表面１５１４と、上部リム１５０２とを含む。ベース表面１５０６は、半径方向に半円形または湾曲形状で外向きに延びることができる。いくつかの例では、ベース表面１５０６は、フラットかつ滑らかであり、主軸２１に垂直である。ベース表面１５０６にはまた、ノッチまたは切り欠き部分１５１０が含まれて配置されてもよい。切り欠き部分１５１０は、フラットな外向き表面１５１１と、フラットな外向き表面１５１１を横切って互いに対向する一対のフラットな対向する表面１５１３とを含むことができる。さらに、下側外向き表面または縁部１５０８は、下向きに延び、場合によっては、ベース表面１５０６に垂直に延びる。

いくつかの実施態様では、中間外向き表面１５１２は、軸方向に上方に、場合によっては、ベース表面１５０６に垂直に、かつベース部分１５０６の内側部分の周りに延びる。中間外向き表面１５１２は、外向きであり、半径方向に延びるが、下側外向き表面１５０８よりも短い。中間リムまたは上向き表面１５０４は、半径方向に内向きに、場合によっては、中間外向き表面１５１２に垂直に、かつ中間外向き表面１５１２の周りに延びる。中間リム１５０４は、フラットおよび／または滑らかな表面を有してもよく、ベース表面１５０６に平行であってもよい。いくつかの実施態様では、上側外向き表面１５１４は、中間リム１５０４から軸方向に上方に延び、場合によっては、中間リム１５０４に垂直であり、中間リム１５０４の周りに上方に延びる。上側外向き表面１５１４は、外向きであり、半径方向に延びるが、中間外向き表面１５１２よりも短い。さらに、いくつかの実施態様では、リムまたは上向き表面１５０２は、半径方向に内向きに、場合によっては、上側外向き表面１５１４に垂直に、かつ上側外向き表面１５１４の周りに延びる。上部リム１５０２は、フラットおよび／または滑らかな表面を有してもよく、ベース表面１５０６に平行であってもよい。いくつかの例では、図１５に示すように、上部リム１５０２、中間リム１５０４、およびベース表面１５０６のそれぞれの部分は、それぞれの部分の残りの部分よりも半径方向に厚くてもよい。例えば、上部リム１５０３の一部は、上部リム１５０２の別の部分よりも半径方向に厚くてもよい。加えて、いくつかの実施態様では、上部リム１５０２は、中間リム１５０４よりも高くてもよく、軸方向においてベース表面１５０６よりも高くてもよい。図１４はまた、上部リム１５０２が本質的に旋回スクロールハブ１５の軸方向長さに延び、旋回スクロールのベースプレートのすぐ下まで上方に延びることができることを示す。ベース表面１５０６は、ベース表面１５０６から上方に延びる丸みを帯びたバンプまたは突出部１５６０を含むことができる。いくつかの実施態様では、突出部またはバンプ１５６０は、三角形のバンプまたは突出部１５６０の一方の表面が外向き表面１５１１に対して平行かつ連続するように、正方形もしくはフラット、または三角形であってもよい。突出部またはバンプ１５６０が丸みを帯びた実施態様では、形状は、半円形であってもよい。さらに、いくつかの例では、突出部またはバンプ１５６０は、切り欠き部分１５１０の全幅に及ばなくてもよい。

図１６は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。図１６において、Ｆｔｇは、接線方向ガス力であり、Ｆｃｏｓは、旋回スクロール１４の遠心力であり、Ｆｒｇは、半径方向ガス力であり、Ｆｆｌは、インボリュートの壁の間の接触力を示し得る、側面力であり、Ｆｃｃｗは、コンプライアントバランスウェイト１５００の遠心力であり、Ｆｓ ｓｉｎΦは、駆動角度Φに基づく、シャフト２０からの圧縮力の構成要素である。参照番号１６０５は、旋回スクロール軸受１４２の中心線を表す。

加えて、Ｆｓ ＳｉｎΦは、駆動角度Φに基づく、力Ｆｃｃｗからのモーメントアーム１６０４を有するシャフト２０からの圧縮力の構成要素である。上述したように、Ｆｃｃｗは、旋回スクロール１４の質量中心Ｆｃｏｓからのモーメントアーム１６０８を有する、コンプライアントバランスウェイト１５００の質量中心にある。図１６はまた、旋回スクロール１４の質量中心から主軸受１６１０の中心までの距離１６０６を示す。加えて、図１６は、旋回スクロールの質量中心からコンプライアントバランスウェイトの質量中心１６１２までの距離１６０８を示す。距離１６０８は、距離１６０６の２０〜５０％未満であってもよい。

図１６はさらに、バランスウェイトガイドプレート１４００がまた、上述のようなバランスウェイトガイドプレート５００と同様に、主シャフトの段付き直径部分１２０に取り付けられるか、または設置され得ることを示す。参照番号１６５０は、旋回スクロール軸受１４２の中心線を表し、参照番号１６７０は、固定スクロール１０、中心シェル６、およびシャフト２０の中心を表す。図１６はまた、バンプまたは突出部１５６０を示す。さらに、隙間またはギャップＤｇ１８０が、突出部またはバンプ１５６０の上部表面と底部表面５２４との間に存在してもよい。旋回スクロール１６０５の中心線に加えて、バンプまたは突出部１５６０の上部表面と下側表面５２４の接触線は、モーメントアーム１６０２を画定する。

図１７は、いくつかの実施態様による様々な力の例を示す図である。非常に高速において、旋回スクロールの遠心力Ｆｃｏｓの力は、著しい傾斜を旋回スクロールおよびその軸受１４２に生じさせるほど大きくなり得る。力Ｆ１ １７０６は、Ｆｃｏｓによって生成され、１７０２として参照される旋回スクロール軸受長さの上側縁部に集中する。破線１７０１は、旋回スクロール軸受１４２の上部を表す。破線１７０２は、ガイドプレートの上部表面５０２から旋回スクロール軸受１４２の上部までの寸法を表す。旋回スクロール軸受の傾斜角度は、Θと定義することができる。この角度の傾斜が臨界値に到達すると、ジャーナル軸受を潤滑する流体力学的オイル膜は破損点まで最小化され得る。コンプライアントバランスウェイトのバランスをとる技術により、１７０６の力は大幅に減少し得る。加えて、ガイドプレートに生成された力Ｆ２ １７０８は、Θが臨界値に到達しないようにする。両方の力は、反対方向のモーメントを生成するが、モーメントアームは異なり、これは図示の実施態様にとって重要である。さらに、傾斜すると、バランスウェイトは、１７１０でガイドプレートの上側表面に接触し得る。

例えば、これらのモーメントの合計は、以下の通りである：
Ｆ１＊Ｄ３＝Ｆ２＊（Ｄ２＋Ｄ４） …（式３）
Ｄ３は、距離１６０８を表し、Ｄ２は、距離１６０２を表し、Ｄ４は、距離１７０４を表す。

以下の計算では、パラメータがこの最適化にどのように影響を及ぼすかについて説明する。

Θは、旋回スクロール軸受の角度または傾斜を表し、Ｄ１は、距離１８０を表し、Ｄ２は、距離１６０２を表す。

Ｔは、旋回スクロール軸受１４２の質量によって生成されるトルクを表し、Ｄ２は、距離１６０２を表し、ＭＯＳは、旋回スクロール１４の質量を表し、ωは、角度回転速度の２乗を表し、Ｒｏｒは、インボリュートパラメータによって定義され得る、旋回スクロールの半径を表し、Ｄ３は、距離１６０８を表す。

さらに、最適化は、以下によって証明される：
Ｄ３＜Ｄ５およびＤ２＞Ｄ６ …（式６）
Ｄ５は、距離９０２を表し、Ｄ６は、距離９０３を表す。

図１８は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。図１８に示すいくつかの要素は、前の図に示された要素と同じまたは同様であってもよく、したがって、これらの要素の説明および相互接続性は、ここでは繰り返さない。図１８に示す要素は、前述の要素の変形であってもよい。例えば、図１８は、例えば非常に高速における旋回スクロール軸受の信頼性をさらに向上させる、ジャーナルリング１９００、バレル型スライダブロック２０００およびコンプライアントバランスウェイト２１００を示す。
上述したように、高速では、旋回スクロール質量は、スライダブロックおよび軸受インサートを含む軸受アセンブリに撓みを生じさせる。図１８に示すように、旋回スクロール１４は、より大きな直径の軸受アセンブリに適合されており、これは先の例と比較して長さが短くてもよい。換言すれば、ジャーナルリング１９００を追加するための空間を確保するために、軸受アセンブリの直径が増加される。増加した出力消費をオフセットするために、軸受アセンブリは、例えば、長さを短くすることができる。

図１９は、いくつかの実施態様によるジャーナルリングの例を示す図である。図１９の例に示すように、ジャーナル軸受１９００は、上部リム１９０６および外側表面１９０２に配置されたオイルノッチを有する。オイル送出フラット１９０８もまた、外側表面１９０２に配置される。ジャーナルリングは、円筒形の内部ボアを有し、これはバレル型スライダブロック２０００上のスリップフィットである。スライダブロック２０００のジャーナル部分のフラットセクション１９０８の半径方向位置は、対向する側に相対的に配置し、高い圧縮負荷を支持することができる。このベクトル負荷は、ジャーナル表面１９０２の周りを連続的に回転し、スクロールポケットの圧縮が進行する。オイルは、ジャーナル表面１９０２と軸受表面との間の必要最小隙間を維持し、必要な潤滑を提供する高圧の流体力学的オイル膜を生成する。

図２０は、いくつかの実施態様によるバレル型スライダブロックの例を示す図である。図２０に示すように、バレル型スライダブロック２０００は、単一部品であってもよく、駆動フラット２００４を含む。バレル型スライダブロック２０００は、焼結材料、機械加工材料、硬化材料、およびバレル表面の精密研削材料から形成することができる。いくつかの実施態様では、ベース２０１４は、バレル型スライダブロック２０００のベース直径を拡張するように設けられてもよい。バレル型スライダブロック２０００の外側表面２０１０は、中心で僅かに直径が大きいクラウン型バレル形状である。このバレル形状の直径の推定ピークは、２０〜５０ミクロンであってもよいし、バレル半径が約２５０ｍｍであってもよい。バレル型スライダブロック２０００は、コンプライアントバランスウェイト２１００に圧入することができる。本明細書のいくつかの実施態様では、ジャーナルリング１９００が、バレル型スライダブロック２０００と旋回スクロール軸受１４２との間に嵌合する。上述したように、ジャーナルリング１９００は、円筒形の内部ボアを有することができ、これはバレル型スライダブロック２０００上のスリップフィットである。ジャーナルリング１９００の底部端部１９１０は、バレル型スライダブロックベース２０１６の上部端部に当接してもよい。あるいは、底部端部１９１０は、コンプライアントバランスウェイト２１００の上部部分に当接することができる。いくつかの実施態様では、ジャーナルリング１９００は、バレル型スライダブロック２０００の周りをスピンしない。ピンをジャーナルリング１９０２の底部縁部、およびバレル型スライダブロック２０００のベースの対応する上側表面に形成されたスロットに挿入し、スピンを防止することができる。いくつかの実施態様では、バレル型スライダブロックベース２０１４は、前述のスライダブロックよりも大きな直径であり、したがって、コンプライアントバランスウェイトのボア２１０２は、この直径に適合しなければならない。さらに、図２０に示すように、回転防止ピン２００８を外側表面２０１０の孔に挿入することができる。

図２１は、いくつかの実施態様によるコンプライアントバランスウェイトの例を示す図である。コンプライアントバランスウェイト２１００の主本体は、本質的に互いに１８０°とすることができる外径表面２１０６ならびに第１の端部面２１１２および第２の端部面２１１４を有するＣ形状を有することができる。いくつかの例では、Ｃ形状のコンプライアントバランスウェイト２１００の内側湾曲表面２１１０は、本質的に円形（または半円形）であってもよく、または湾曲していてもよく、かつ滑らかな表面を有してもよい。いくつかの例では、上側表面２１０４はフラットであり、主軸２１に垂直であってもよい。さらに、下側フラット部分は、端部面２１１２、２１１４を越えて半径方向に延びる外側リム部分２１０８を有してもよい。上述したように、クラウン型またはバレル型スライダブロックのボア２１０２は、コンプライアントバランスウェイト２１００のベース部分に設けられてもよい。

図２２は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の断面図の一部の例を示す図である。図２２の実施態様に示すように、バレル型スライダブロックベース２０１４は、コンプライアントバランスウェイト２１００のボア２１０２に嵌合することができる。回転防止ピン２００８は、軸方向にコンプライアントバランスウェイト２１００のベース表面の上にあってもよい。さらに示すように、ジャーナルリング１９００は、バレル型スライダブロックの外径表面２０１０上に嵌合し、スライダブロックベース２０１４はまた、バレル型スライダブロック２０００の他の部分と比較して増加した直径を有するように示される。

図２２に示す組立によれば、旋回スクロール１４およびそれに続く軸受の逆方向の撓みは、スピンが行われるジャーナル表面に対して防止することができる。旋回スクロール１４が非常に高速において遠心力により撓むと、ジャーナルリング１９００も単に同じように撓み、バレル型スライダブロック２０１２のクラウンを中心に枢動する。ジャーナルリング１９００と旋回スクロール軸受１４２との間の重要な潤滑軸受膜により、変動は非常に限られる。

図２３は、いくつかの実施態様によるスクロール圧縮機の一部の上面図の例を示す図である。図２３は、バレル型スライダブロック２０００のジャーナルリング１９００との構成および係合を示す。図２３はさらに、例えば、バレル型スライダブロック２０００の駆動フラット２００４と、バレル型スライダブロック２０００とシャフト偏心部２２との間の隙間またはギャップ２３０２を示す。

図２４は、いくつかの実施態様による圧縮機の回転／分（ＲＰＭ）に対する側面接触力を示すグラフ２４００の例を示す図である。例えば、上述のばねアセンブリ１００２のようなばねアセンブリを含む圧縮機では、ばね力による始動時に側面の間に旋回スクロール１４と固定スクロール１０のインボリュートのある一定の側面力が存在し、その後より高速、例えば、６０００〜９０００ＲＰＭの間において、側面は壁の間に小さな隙間を空けて分離して延びる。いくつかの実施態様では、隙間は、１０〜４０ミクロンであってもよい。小さな隙間は、シャフトのオフセット、偏心部、スライダブロック、および軸受隙間における隙間の公差およびサイズによって決定され得る。したがって高速では、壁の接触をなくすことによって騒音が減少し、効率（漏れ損失）は、比較的高いオイル循環率によってオフセットされる。

場合によっては、スライダブロックの駆動角度が４°〜１５°の範囲で、１０５〜１１５％の範囲のオーバーバランス（コンプライアントバランスウェイトの質量中心が旋回スクロールの質量中心を１０５〜１１５％超える）と２０〜８０ポンドの付勢ばね力を組み合わせることで、条件の動作エンベロープにわたって５０００〜９０００ＲＰＭのＲＰＭでスクロール分離を生じさせる。例えば、グラフ２３００に示すように、駆動角度、ばね力、およびコンプライアントバランスウェイトのオーバーバランスの様々な組合せについて、側面接触力は高速で負になり得、側面の壁の間に小さな隙間を生じさせる。グラフ２３００はまた、４５／１３０；５５／８０；４５／１３０；および５５／８０のような、圧縮機を組み込んだ空調システムの飽和温度動作条件を示す。

本明細書に記載のプロセスは、説明の目的のための単なる例である。多くの他の変形が、本明細書の本開示に照らして当業者には明らかであろう。さらに、本明細書の本開示は、プロセスを実行するための適切なフレームワーク、アーキテクチャおよび環境のいくつかの例を述べているが、本明細書の実施態様は、示され説明される特定の例に限定されない。さらに、本開示は、説明されて図面に示されるような様々な例示的な実施態様を提供する。しかし、本開示は、本明細書に説明および示された実施態様に限定されず、当業者には知られているように、または当業者に知られるように、他の実施態様に拡張することができる。

本主題は、構造的特徴および／または方法論的行為に特有の言語で説明されてきたが、添付の特許請求の範囲に定義される本主題は、必ずしも説明された特定の特徴または行為に限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の特徴および行為は、特許請求の範囲を実装する例示的な形態として開示される。

Claims (16)

1. 主軸に沿って上下に延びる主部分と、該主部分の上方に設けられ且つ該主部分の直径よりも小さな直径を有するシャフト偏心部を含む駆動シャフトと、
   前記シャフト偏心部に配置されたスライダブロックと、
   前記スライダブロックに配置された旋回スクロールであって、旋回スクロールベースプレートと、前記旋回スクロールベースプレートから軸方向に延びる渦巻状ラップとを有する旋回スクロールと、
   固定スクロールベースプレートを有する固定スクロールであって、前記固定スクロールベースプレートから軸方向に延び、前記旋回スクロールの前記渦巻状ラップに入れ子状に巻かれた渦巻状ラップを有する固定スクロールと、
   前記スライダブロックと係合するボアを有するバランスウェイトと、
   前記バランスウェイトを支持し、前記駆動シャフトと係合するボアを有するバランスウェイトガイドプレートとを備え、
   前記バランスウェイトは、上向きの前記主軸に垂直な第１の表面を含み、
   前記バランスウェイトガイドプレートは、前記主軸に垂直かつ前記第１の表面に平行であり、前記第１の表面に面する第２の表面を含む、スクロール圧縮機。
2. 前記バランスウェイトガイドプレートが、軸方向に上方に延びるアームを含み、このアームは前記第１の表面を含む前記バランスウェイトの一部を覆うように半径方向内向きに延びる部分を含み、
   前記半径方向内向きに延びる部分が、前記第２の表面を含み、
   前記第１の表面が、前記第２の表面に面する突出部を含む、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記バランスウェイトガイドプレートの前記ボアを挟んで前記アームの反対側の前記バランスウェイトガイドプレートの一部が、前記バランスウェイトを越えて半径方向に外向きに延びる、請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記バランスウェイトが、前記軸方向で前記ボアの上の半円形の上部表面と、前記上部表面に垂直な２つのフラットな端部面とを含み、
   外径表面が、前記バランスウェイトの外径の一部の周りに円周方向に配置され、
   前記第１の表面が、前記上部表面および外径表面の切り欠き部分内に配置され、前記第１の表面が、前記軸方向に前記上部表面よりも低く配置される、請求項２に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記バランスウェイトの底部表面部分が、前記バランスウェイトガイドプレートの上部表面の一部に接触する、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記バランスウェイトの前記外径表面が、前記バランスウェイトガイドプレートの前記アームの縦方向に延びる部分の内向き表面に面する、請求項４に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記旋回スクロールのハブの軸方向端部が、前記軸方向に前記バランスウェイトの前記第１の表面よりも低く配置される、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記バランスウェイトおよびバランスウェイトガイドプレートが、前記軸方向に前記駆動シャフトの主軸受の上に配置される、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記駆動シャフトが、前記駆動シャフトの残りの部分の直径よりも小さく、前記シャフト偏心部の直径よりも大きい直径を有する前記シャフト偏心部の下の段付き直径部分を含み、
   前記バランスウェイトガイドプレートの前記ボアが、前記駆動シャフトの前記段付き直径部分に配置される、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
10. 前記旋回スクロールの質量中心から前記バランスウェイトの質量中心までの軸方向距離が、前記旋回スクロールの質量中心から前記バランスウェイトガイドプレートの下に配置される主軸受の中心までの軸方向距離の半分未満である、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
11. 前記バランスウェイトガイドプレートが、軸方向に上方に延びるアームを含み、このアームは前記第１の表面を含む前記バランスウェイトの一部を覆うように半径方向内向きに延びる部分を含み、
    前記半径方向内向きに延びる部分が、前記第２の表面を含み、
    孔が、前記アームの前記半径方向内向きに延びる部分に配置され、ねじが、前記ねじの軸方向端部と前記第１の表面との間の隙間が前記ねじの位置に基づいて調整されるように前記孔に配置される、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
12. 弾性部材が、前記第１の表面の下方に配置され、力を半径方向に付与する前記バランスウェイトの前記外径表面の孔に配置され、
    前記バランスウェイトガイドプレートの前記アームの上方に延びる部分が、前記弾性部材の張力を調整するための調整機構を含む孔を含む、請求項４に記載のスクロール圧縮機。
13. 前記旋回スクロールが、延性鉄で作製され、前記固定スクロールが、鋳鉄で作製される、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
14. 前記バランスウェイトが、
    第１の半径に配置された上側外向き表面と、
    前記第１の半径よりも大きく、前記上側外向き表面よりも低く配置された第２の半径に配置された中間外向き表面と、
    前記第２の半径よりも大きく、前記中間外向き表面よりも低く配置された第３の半径に配置された下側外向き表面とを備える、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
15. 前記弾性部材が、ばねアセンブリである、請求項１２に記載のスクロール圧縮機。
16. 前記バランスウェイトの質量中心が、前記旋回スクロールの前記質量中心を１０５〜１１５％超え、
    前記シャフト偏心部の駆動フラットと前記シャフト偏心部の偏心オフセットとの関係である駆動角度が、４〜１５度の範囲であり、
    前記ばねのばね力が、２０〜８０ポンドの範囲内の力を有し、
    前記旋回スクロールおよび前記固定スクロールの前記渦巻状ラップが、前記駆動シャフトの速度が６０００〜９０００回転／分（ＲＰＭ）の範囲にあるときに小さな隙間によって互いに分離される側面を有する、請求項１５に記載のスクロール圧縮機。

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