JPWO2017033413A1 - 密閉型圧縮機および冷凍装置 - Google Patents

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Abstract

アウターロータ型モータのステータ（１２９）をステータ固定部材（１３０）に固定し、ステータ固定部材（１３０）を圧縮要素の主軸受（１１９）を備えた部材（シリンダブロック（１１１））に固定する。さらに、副軸受（１３３）をステータ固定部材（１３０）と別個体で構成し、ステータ固定部材（１３０）に固定する。これによって、ロータ（１２８）の内周（１２８ａ）とステータ（１２９）の外周（１２９ａ）との間の間隙を均等にした状態でステータ固定部材（１３０）を圧縮要素部材に固定し、副軸受（１３３）を主軸受（１１９）との同軸を確保した状態でステータ固定部材（１３０）に固定することができる。そのため、ロータ（１２８）の内周（１２８ａ）とステータ（１２９）の外周（１２９ａ）の間隙を狭くすることが可能であり、モータ効率を高くすることができる。

Description

本発明は、電動機としてアウターロータ型モータを用いた密閉型圧縮機および、これを搭載した冷凍装置に関するものである。
従来、この種の密閉型圧縮機の中には、ロータをステータの上部でクランクシャフトに固定し、電動機部の下方にクランクシャフトを軸支する副軸受を備え、ステータを副軸受に固定したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機について説明する。
図３は特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。
図３において、この密閉型圧縮機は、密閉容器１の上方に収容され冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部２と、この圧縮機構部２の下方に設けた電動機部３とを備え、圧縮機構部２は電動機部３の回転を圧縮機構部２に伝えるクランクシャフト４を有している。
上記クランクシャフト４はその上部が圧縮機構部２のメインフレーム５に設けた主軸受６に軸支されると共に、下部は密閉容器１の下部に固定した副軸受７に軸支されている。
圧縮機構部２は、スクロール式圧縮機構を構成し、固定スクロール８を密閉容器１に圧入することで密閉容器１に固定されている。
電動機部３はアウターロータ型モータからなり、ステータ９と、ステータ９の外周面９ａと所定の間隙を有するように設けられたロータ１０で構成されている。
ステータ９は密閉容器１に固定された副軸受７にボルト１１締めすることによって密閉容器１に固定されている。
また、ロータ１０は碗形状のロータハウジング１０ａを介して、ステータ９の上方でクランクシャフト４に固定されている。
特開２００６−１７０００５号公報
上記従来の構成では、主軸受６と副軸受７の同軸度を精度良く組み立て、クランクシャフト４のこじりを防止するには、密閉容器１の内周１ａ、固定スクロール８の外周８ａ、ステータ９を固定する副軸受７の固定部９ｂの外周７ａと内周７ｂおよび、ロータ１０の内周１０ｂとロータハウジング１０ａの内周１０ｃの同軸度精度を高いものとする必要がある。しかも、それらの部品を精度良く製作する必要が有り、かつ、固定スクロール８と主軸受６も精度良く組み立てる必要が有る。
また、ロータ１０の内周１０ｂとステータ９の外周９ａとの間の間隙は上記の組み立てによって決まるため、均等にするためには上記と同様に部品精度を高くする必要が有る。
この部品精度を高くするには高精度の加工が必要になり、加工コストが高くなる。
一方で、精度を落とすと主軸受６と副軸受７の同軸度が悪くなり、クランクシャフト４のこじりが発生すると共に、ロータ１０の内周１０ｂとステータ９の外周９ａとの間の間隙が不均等になる。そこで、ロータ１０の内周１０ｂとステータ９の外周９ａの接触を回避するために間隙を広くする必要があり、モータ効率が低下するという課題を有していた。
本発明は、部品を高精度に加工することなくクランクシャフトのこじりを抑え、ロータ内周とステータ外周の間隙を狭くすることができるようにして、低コストで効率及び信頼性の高い密閉型圧縮機を提供する。
本発明の密閉型圧縮機は、ステータをステータ固定部材に固定し、ステータ固定部材を圧縮要素の主軸受を備えた部材に固定するとともに、副軸受をステータ固定部材と別個体で構成し、ステータ固定部材に固定した構成としてある。
これによって、ロータ内周とステータ外周の間隙を均等にした状態でステータ固定部材を圧縮要素部材に固定し、主軸受との同軸を確保した状態で副軸受をステータ固定部材に固定することができるので、ロータ内周とステータ外周との間の間隙を狭くすることが可能となり、モータ効率を高くできる。さらに、部品の加工精度を下げても副軸受と主軸受の同軸を確保することが可能であるので、加工コストを抑えつつ、軸受の損失を低減し、信頼性を確保できる。
図１は、本発明の第１の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図である。 図２は、本発明の第２の実施の形態における冷凍装置の構成を示す模式図である。 図３は、従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図である。
図１において、本実施の形態における密閉型圧縮機は、鉄板の絞り成型によって形成された密閉容器１０１の内部に、電動要素１０２と、この電動要素１０２によって駆動される圧縮要素１０３を主体とする圧縮機本体１０４を配置している。この圧縮機本体１０４は、サスペンションスプリング１０５によって弾性的に支持されている。
さらに、密閉容器１０１内には、例えば、地球温暖化係数の低い炭化水素系のＲ６００ａ等の冷媒ガス１０６が、冷凍装置（図示せず）の低圧側と同等圧力で、比較的低温の状態で封入されるとともに、密閉容器１０１内の底部には、潤滑用の潤滑油１０７が封入されている。
また、密閉容器１０１には、一端が密閉容器１０１内空間に連通するとともに、他端が冷凍装置（図示せず）に接続される吸入パイプ１０８と、圧縮要素１０３で圧縮された冷媒ガス１０６を冷凍装置（図示せず）へ導く吐出パイプ（図示せず）とを備えている。
圧縮要素１０３は、クランクシャフト１１０、シリンダブロック１１１、ピストン１１２、コンロッド１１３等で構成されている。
クランクシャフト１１０は、偏心軸１１４、主軸１１５および主軸１１５の下方に副軸１１６を備えている。
シリンダブロック１１１には、圧縮室１１７を形成するシリンダボア１１８が一体に形成され、また、主軸１１５を回転自在に軸支する主軸受１１９と、スラスト面１２０の上方にクランクシャフト１１０の鉛直方向の荷重を支持するスラストボールベアリング１２１を備えている。
ピストン１１２は、シリンダボア１１８内を往復運動すると共に、軸心が偏心軸１１４の軸心と平行となるようにピストンピン（図示せず）が配設されている。
コンロッド１１３は、大端孔部１２４と小端孔部（図示せず）を有し、大端孔部１２４は偏心軸１１４に嵌挿され、小端孔部はピストンピンに嵌挿されている。これにより、偏心軸１１４とピストン１１２を連結している。
また、シリンダボア１１８のクランクシャフト１１０と反対側の開口部端面には、吸入孔（図示せず）と吐出孔（図示せず）を備えたバルブプレート１２６と、吸入孔（図示せず）を開閉する吸入バルブ（図示せず）と、バルブプレート１２６を塞ぐシリンダヘッド１２７が、ヘッドボルト（図示せず）によって共締めで固定されている。
シリンダヘッド１２７は、冷媒ガス１０６が吐出される吐出空間内に有り、吐出空間は、吐出管（図示せず）を介して、直接吐出パイプ（図示せず）と連通している。
電動要素１０２は、クランクシャフト１１０の主軸１１５側にロータハウジング１２８ｂを介して固定されたロータ１２８と、ロータ１２８の内側に配置されたステータ１２９とで構成されたアウターロータ型モータである。ステータ１２９はステータ固定部材１３０にネジ１３１で固定され、ステータ固定部材１３０はシリンダブロック１１１から下方に伸びた脚部１３２に固定されている。クランクシャフト１１０の副軸１１６を回転自在に軸支する副軸受１３３はステータ固定部材１３０に固定されている。
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
密閉型圧縮機は、その吸入パイプ１０８と吐出パイプ（図示せず）が、周知の構成からなる冷凍装置（図示せず）に接続され、冷凍サイクルを構成している。
その構成において、電動要素１０２に通電されると、ステータ１２９に電流が流れ、磁界が発生し、クランクシャフト１１０の主軸１１５側に固定されたロータ１２８が回転する。その回転によりクランクシャフト１１０が回転し、偏心軸１１４に回転自在に取り付けられたコンロッド１１３を介して、ピストン１１２がシリンダボア１１８内を往復運動する。
そして、このピストン１１２の往復運動に伴い、圧縮室１１７内で冷媒ガス１０６の吸入、圧縮、吐出が行なわれる。
また、回転体であるロータ１２８がステータ１２９の下端より上方に位置し、潤滑油１０７の油面から離れているため潤滑油１０７の撹拌を防止し、撹拌損失を抑えることができる。
次に、圧縮要素１０３への電動要素１０２の組み付け方法について説明する。
ロータ１２８をクランクシャフト１１０の主軸１１５側に焼き嵌めで固定し、ステータ１２９をネジ１３１によりステータ固定部材１３０に固定する。
ここで、ネジ１３１により固定することで圧入、焼き嵌め、溶接に比べ組み付けによる歪みが抑えられるため、組み立て精度を向上することができる。また、簡素な設備での組み付けが可能になり生産コストを抑えることができる。
このようにステータ固定部材１３０に固定されたステータ１２９をロータ１２８の内側に組み込む。そして、ロータ１２８の内周１２８ａとステータ１２９の外周１２９ａとの間の間隙が均等になるように治具により位置決めした上で、ステータ固定部材１３０をシリンダブロック１１１から下方に伸びた脚部１３２に固定する。これにより、ロータ１２８の内周１２８ａとステータ１２９の外周１２９ａの同軸度を精度良く出すことができる。したがって、ロータ１２８の内周１２８ａとステータ１２９の外周１２９ａとの間の間隙を狭くすることが可能になり、モータ効率が向上する。
次にステータ固定部材１３０への副軸受１３３の組み付け方法について説明する。
副軸受１３３をステータ固定部材１３０に仮止めし、クランクシャフト１１０を回転させ、副軸受１３３の位置を変えながら回転トルクを計測する。クランクシャフト１１０にこじりが生じると、回転トルクが上昇するため、回転トルクが最小となる位置で副軸受１３３をステータ固定部材１３０に固定する。これにより、クランクシャフト１１０のこじりが最も少ない状態で組み立てることができるため、摺動損失を低減でき、信頼性を向上することができる。
さらに、副軸受１３３を球面軸受にすると、上記のように副軸受１３３の位置決めをすることなくクランクシャフト１１０のこじりを抑えることができるため、生産性を向上することができる。
また、本実施の形態の密閉型圧縮機をインバータ駆動で低速回転した場合、内側にロータ１２８が配置されたインナーロータモータと比較して、ロータ１２８のイナーシャの効果が大きいため、トルク変動が抑えられ、複雑な制御の必要がなく効率を向上することができる。
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２実施の形態における冷凍装置を示し、冷媒回路に第１の実施の形態で説明した密閉型圧縮機を搭載した構成となっている。ここでは冷凍装置の基本構成の概略について説明する。
図２において、冷凍装置２００は、一面が開口した断熱性の箱体と開口を開閉する扉体構成の本体２０１と、本体２０１の内部を、物品の貯蔵空間２０２と機械室２０３に区画する区画壁２０４と、貯蔵空間２０２内を冷却する冷媒回路２０５を具備している。
冷媒回路２０５は、密閉型圧縮機２０６と、放熱器２０７と、減圧装置２０８と、吸熱器２０９を環状に配管接続した構成となっている。
そして、密閉型圧縮機２０６は第１の実施の形態で説明した密閉型圧縮機としてある。
また、吸熱器２０９は、送風機（図示せず）を具備した貯蔵空間２０２内に配置されている。吸熱器２０９の冷却熱は、破線の矢印で示すように、送風機によって貯蔵空間２０２内を循環するように撹拌される。
以上説明した冷凍装置は、第１の実施の形態で説明した密閉型圧縮機２０６を搭載していることにより、ロータ内周とステータ外周との間の間隙の均等化や主軸受と副軸受の同軸度を確保することによるモータ効率向上や摺動損失低減の効果が得られ、効率が向上した密閉型圧縮機で冷媒回路を運転することができるので、冷凍装置の消費電力が低減でき、省エネルギー化を実現できる。
以上説明したように、本発明は、密閉容器内に、電動要素と、電動要素によって駆動される圧縮要素を収容する。また、圧縮要素は、主軸および偏心軸および主軸より下部に設けた副軸から構成されるクランクシャフトと、円筒状に貫設されたシリンダボアを有するシリンダブロックと、シリンダボア内で往復運動するピストンと、ピストンと偏心軸とを連結するコンロッドを備える。さらに圧縮要素は、シリンダブロックに形成されクランクシャフトの主軸に作用する半径方向の荷重を軸支する主軸受と、クランクシャフトの副軸に作用する半径方向の荷重を軸支する副軸受を備える。そして、電動要素はクランクシャフトの主軸側に固定されたロータと、ロータの内側に配置されたステータで構成されるアウターロータ型モータであり、ステータは副軸側に配置されたステータ固定部材に固定され、ステータ固定部材は圧縮要素に固定され、副軸受はステータ固定部材に固定される。
これによって、ロータ内周とステータ外周との間の間隙を治具等により均等にした状態でステータ固定部材を圧縮要素に固定することができ、さらに、副軸受を主軸受との同軸を確保した状態でステータ固定部材に固定することができる。そのため、高精度な部品を使用することなく、ロータ内周とステータ外周との間の間隙の均等化と、主軸受と副軸受の同軸度の確保ができるので、コストを上げることなく密閉型圧縮機の効率と信頼性を向上することができる。
また、本発明は、ステータをネジ止めによりステータ固定部材に固定する構成としてもよい。
これにより、ステータを圧入、焼き嵌め、溶接等によって固定する場合より組み立て性を向上することができるので、密閉型圧縮機のコストを抑えることができる。
また、本発明は、副軸受として球面軸受を用いてもよい。
これにより、主軸受と副軸受の同軸度が多少悪い場合でも軸のこじれが解消されるので、組み立てを容易にすることができ、密閉型圧縮機の組み立て性を向上することができる。
また、本発明は、電動要素として複数の運転周波数でインバータ駆動される構成としてもよい。
これにより、トルク変動の大きい低速回転においても、ロータが外側にあり回転半径が大きく、イナーシャの効果が大きいため、トルク変動が抑えられ、制御に頼ることなく効率を向上することができる。
また、本発明は、上記密閉型圧縮機と、放熱器、減圧装置及び吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を有する冷凍装置であってもよい。
これにより、効率が向上した密閉型圧縮機の搭載によって冷凍装置の消費電力を低減し、省エネルギー化を実現することができるとともに、密閉型圧縮機の信頼性が向上するので、冷凍装置の信頼性を向上することができる。
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機および冷凍装置は、効率を向上することができるので、電気冷蔵庫、あるいはエアーコンディショナー等の家庭用に限らず、業務用ショーケース、自動販売機等の冷凍装置に広く適用することができる。
１０１ 密閉容器
１０２ 電動要素
１０３ 圧縮要素
１１０ クランクシャフト
１１１ シリンダブロック
１１２ ピストン
１１３ コンロッド
１１４ 偏心軸
１１５ 主軸
１１６ 副軸
１１８ シリンダボア
１１９ 主軸受
１２８ ロータ
１２９ ステータ
１３０ ステータ固定部材
１３１ ネジ
１３３ 副軸受
２００ 冷凍装置
２０５ 冷媒回路
２０６ 密閉型圧縮機
２０７ 放熱器
２０８ 減圧装置
２０９ 吸熱器

Claims (9)

  1. 密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、主軸および偏心軸および前記主軸より下部に設けた副軸から構成されるクランクシャフトと、円筒状に貫設されたシリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリンダボア内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸とを連結するコンロッドと、前記シリンダブロックに形成され前記クランクシャフトの前記主軸に作用する半径方向の荷重を軸支する主軸受と、前記クランクシャフトの前記副軸に作用する半径方向の荷重を軸支する副軸受を備え、前記電動要素は前記クランクシャフトの前記主軸側に固定されたロータと、前記ロータの内側に配置されたステータで構成されるアウターロータ型モータであり、前記ステータは前記副軸側に配置されたステータ固定部材に固定され、前記ステータ固定部材は前記圧縮要素に固定され、前記副軸受は前記ステータ固定部材に固定されたことを特徴とする密閉型圧縮機。
  2. 前記ステータはネジ止めにより前記ステータ固定部材に固定したことを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
  3. 前記副軸受に球面軸受を用いた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
  4. 前記副軸受に球面軸受を用いた請求項２に記載の密閉型圧縮機。
  5. 前記電動要素が複数の運転周波数でインバータ駆動される請求項１に記載の密閉型圧縮機。
  6. 前記電動要素が複数の運転周波数でインバータ駆動される請求項２に記載の密閉型圧縮機。
  7. 前記電動要素が複数の運転周波数でインバータ駆動される請求項３に記載の密閉型圧縮機。
  8. 前記電動要素が複数の運転周波数でインバータ駆動される請求項４に記載の密閉型圧縮機。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機と、放熱器、減圧装置及び吸熱器を配管によって環状に連結した冷媒回路を備えた冷凍装置。
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