JPWO2017090089A1 - ロータリ式圧縮機、及びこれを搭載したヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

第１圧縮部（１０）及び第２圧縮部（２０）を有するロータリ式圧縮機（１）は、第２圧縮部（２０）に、第２ベーン（２４）が第２ピストン（２３）の外周面に当接した圧縮運転状態と、第２ピストン（２３）の外周面から離間した第２ベーン（２４）を永久磁石（３２）で吸着固定した非圧縮運転状態とを切替える切替え機構（３１）を備えている。さらに、ロータリ式圧縮機（１）の第２圧縮部（２０）は、第２ベーン（２４）が最も前方に移動する下死点位置において、第２ベーン（２４）を前方へ吸引する第３力が作用するように、第２ベーン（２４）の背面部（２４ｃ）よりも前方側に配置された第２ヨーク（４３）を備えている。

Description

本発明は、複数気筒の運転モードの切り替えにより能力変更が可能なロータリ式圧縮機と、このロータリ式圧縮機を搭載したヒートポンプ装置に関するものである。

地球温暖化防止の観点から、１９９７年京都議定書に温室効果ガスの排出規制が盛り込まれ、２００５年国際法として発効された。二酸化炭素排出量の削減と省エネルギー化を図るため、空調冷熱分野では、従来の給湯暖房器に代わってヒートポンプ機器の普及促進と、ヒートポンプ機器の一層の高効率化が進められている。このような中で、従来から空調機や給湯機等のヒートポンプ機器では、冷媒圧縮機を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルが一般的である。

空調機器の省エネ規制強化が促進されているが、特に、最新の新規格では、従来規格より実負荷に近い運転条件で省エネ性能を評価する特徴がある。日本国内の省エネ性能の表示は、従来は、定格条件で冷暖平均ＣＯＰでの効率評価表示であったが、２０１１年より中間条件を加えた冷暖４条件のＣＯＰから算出するＡＰＦ（通年エネルギー消費効率）表示に変更となった。さらに、欧州では２０１２年から、低負荷条件に加えた冷房４条件、暖房４条件より、それぞれ、冷房ＳＥＥＲ、暖房ＳＣＯＰを評価算出する新規格で省エネ性能を表示する方法が採用されている。

ここで、低負荷条件とは、外気温と室内温度との温度差が小さくて、室内温度一定に保つために必要な熱量が小さい条件である。蒸気圧縮機式冷凍サイクルの高圧（Ｐｄ）と低圧（Ｐｓ）との差異が小さい状態で、かつ、定常状態で必要な熱量も小さい状態（例えば、定格能力の２５％以下）である。運転開始時を除けば、定常運転時に必要な能力は定格条件の１０％から５０％程度であり、定格運転する時間よりも、低負荷条件から中間条件で運転する時間が長い。このため、通年の省エネ性能を実質的に評価するには、従来規格で評価対象外であった低負荷条件について、ＣＯＰを改善することが新たな課題となっている。

また、近年空調機は、立ち上げ時間の短縮や、低外気温環境での高暖房能力化が要求されるようになってきており、一定以上の定格能力が必要になっている。その一方で、住宅の高気密高断熱化が進んできたことにより定常運転時に必要な能力は小さくなり、必要な運転能力範囲が広がっている。そのため、より広い運転範囲、回転数範囲で高効率を維持することが要求されるようになり、従来のインバータによる回転数制御のみでは、低速の低負荷能力で高効率に維持することは難しくなっている。

そこで、機械的に排除容積を可変する手段（機械式容量制御）を用いた冷媒圧縮機が再び注目されている。
例えば、特許文献１には、二気筒ロータリ式圧縮機において、低負荷時に一方の圧縮部を非圧縮状態として冷媒循環流量を半減する構成が開示されている。この構成では、電動機の回転数を落とさずに運転できるので、圧縮機効率を向上させることができる。
その具体的な手段として、ブレード（ベーンと同義）背室の一方に常時圧縮作用をなすシリンダ室で圧縮された高圧ガスの一部を導入してブレード（ベーンと同義）の後端部（背面部）に高圧を付与し、ベーン先端部を偏心ローラ周壁に当接させる圧縮運転と、ブレード背室に低圧ガスを導いてブレード先端部を偏心ローラ周壁から離間させ永久磁石に保持させる非圧縮運転とに切り替える、圧力切換え手段を備えた二気筒ロータリ式圧縮機（休筒切替式圧縮機）が開示されている。ここで、背面部とは、ベーンの先端側、側面側、上下面側を除く、背面側全体をさす。後端部は、背面部の最も後端の位置をさす。背面部が並行平面であれば後端部と同義であるが凹凸や曲面形状のある場合は異なる位置である。

特許文献２の実施の形態１には、シリンダと、該シリンダ内に偏心回転自在に収納された回転ピストンと、前記シリンダに設けられたベーン溝に往復移動可能に収納されたベーンと、を備えるロータリ式圧縮機において、前記ベーン溝内及び前記ベーンには磁石が設けられると共に、ベーン溝内の磁石と前記ベーンの磁石とは互いに反発するように配置する手段が開示されている。また、特許文献２の実施の形態２では、ベーンにおける回転ピストンに当接する近傍に磁石を配置し、当該磁石と回転ピストンとの間に発生する磁力によりベーンを回転ピストンに当接させる手段が開示されている。

特開２０１１−５８４８２号公報 特開２００７−６４１１０号公報

従来のロータリ式圧縮機のベーンは、低負荷条件でベーン背面に作用する圧力が低下し回転ピストン側（前方）に押し付ける力が小さくなり、最も前方に移動した下死点位置で回転ピストンの動きに追随せず、回転ピストンから離間する不安定現象（ベーン離間）を発生しやすく、信頼性と効率の低下を招くことが課題であった。
また、特許文献１に記載の二気筒ロータリ式圧縮機（休筒切替式圧縮機）の場合は、ベーンを前方に押し付ける圧縮バネがなくなり、さらに、ベーン背面部の後方に配置した永久磁石の吸引力により、下死点位置で回転ピストンから離間する不安定現象がいっそう発生しやすいことが課題であった。

特許文献２の実施の形態１に記載の二気筒ロータリ式圧縮機では、ベーンの背面部に設けた磁石と、ベーン溝内の後方に取り付けた磁石との反発力は、ベーンが後方に移動した状態では大きいが、ベーンが最も前方に移動する下死点位置では小さいため、ベーン離間の問題を解決できなかった。また、特許文献１のような休筒切替式圧縮機の場合には、元々ベーン背面部の後方に吸引する磁石が配置されているので、反発する磁石を配置することは困難であった。
特許文献２の実施の形態２に記載の二気筒ロータリ式圧縮機では、磁性材料の回転ピストンに金属粉が付着し、回転ピストンと接触し摺動する箇所が摩耗しやすくなり、耐久性の低下を招くことが課題であった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、低負荷時でも圧縮バネなしで、ベーンを安定に動作させて信頼性と効率の低下を招くことなく、運転モードを適切に切替えることが可能となり、高効率なロータリ式圧縮機、及びこれを搭載したヒートポンプ装置を得ることを目的とする。

本発明に係るロータリ式圧縮機は、２つの圧縮部、電動機、及び、２つの前記圧縮部と前記電動機とを接続する駆動軸を備え、前記圧縮部のそれぞれが、吸入した冷媒を圧縮するシリンダ室、一方の端部が前記シリンダ室に連通したベーン溝、及び、前記ベーン溝の他方の端部に連通したベーン背室が形成されたシリンダと、前記駆動軸の回転によって前記シリンダ室内を偏心回転するリング形状のピストンと、前記シリンダ室の中心に向かう方向である前方と前記シリンダ室から遠ざかる方向である後方とに往復動自在に前記ベーン溝に挿入され、前記ピストンの外周面に先端部が当接した状態で前記シリンダ室を低圧と高圧に仕切り、背面部が前記ベーン背室に収容されたベーンと、を備えたロータリ式圧縮機であって、一方の前記圧縮部は、前記ベーンの前記背面部の後方に配置された第１永久磁石を有し、前記ベーンの前記先端部と前記背面部とに働く圧力の差により、前記ベーンに対して前方に作用する第１力と、前記第１永久磁石により前記ベーンを後方に吸引する第２力とによって、前記ベーンの前記先端部が前記ピストンの外周面に当接した圧縮運転状態と、前記ピストンの外周面から離間した前記ベーンを吸着固定した非圧縮運転状態とを切替える切替え機構を備え、さらに、前記ベーンが最も前方に移動する下死点位置において、前記ベーンを前方へ吸引する第３力が作用するように、前記ベーンの前記背面部よりも前方側に配置された第２永久磁石又はヨークを備えたものである。

本発明に係るロータリ式圧縮機によれば、低負荷時でも圧縮バネなしで、ベーンを安定に動作させて信頼性と効率の低下を招くことなく、運転モードを適切に切替えることが可能となり、高効率なロータリ式圧縮機、及びこれを搭載したヒートポンプ装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１の構造を示す概略縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０の圧縮運転状態（第２ピストン２３が軸回転角１８０度の下死点位置）を示す概略横断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。 本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０の圧縮運転状態（第２ピストン２３が軸回転角０度の上死点位置）を示す概略横断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。 本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０の非圧縮運転状態（第２ピストン２３が吸着固定位置）を示す概略横断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。 本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るヨーク３３の平坦部３３ｂと第２ベーン２４の背面部２４ｃとの距離（背面ギャップ）に対する第２ベーン２４に作用する後方に吸引する磁力（第２力）との関係及び前方に吸引する磁力（第３力）との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置２００の基本構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す横断面図である。 本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す横断面図である。 本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す横断面図である。 本発明の実施の形態３に係るロータリ式圧縮機１の構造を示す概略縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す横断面図である。 本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す横断面図である。 本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す横断面図である。

以下、図面に基づいて、本発明に係るロータリ式圧縮機１、及びヒートポンプ装置２００の一例について説明する。以下では、まず、ヒートポンプ装置２００に備えられたロータリ式圧縮機１について説明する。なお、以下に示す図面では、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。また、以下に示す断面図では、部品を指し示す引出線とハッチングとが重なり合い、引出線が指し示す部品が分かりづらくなることを防止するため、切断されて図示された部品にハッチングを施すことを省略している。したがって、以下の図においては、ハッチングが施されている部品は必ずしも切断されて図示された部品というわけではなく、部品形状を認識しづらい部品にハッチングが施されている。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１の構造を示す概略縦断面図である。
図２は、本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０の圧縮運転状態（第２ピストン２３が軸回転角１８０度の下死点位置）を示す概略横断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。
図３は、本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０の圧縮運転状態（第２ピストン２３が軸回転角０度の上死点位置）を示す概略横断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。
図４は、本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０の非圧縮運転状態（第２ピストン２３が吸着固定位置）を示す概略横断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。
図５は、本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す縦断面図である。
図６は、本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す縦断面図である。
図７は、本発明の実施の形態１に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す縦断面図である。
図８は、本発明の実施の形態１に係るヨーク３３の平坦部３３ｂと第２ベーン２４の背面部２４ｃとの距離（背面ギャップ）に対する第２ベーン２４に作用する後方に吸引する磁力（第２力）との関係及び前方に吸引する磁力（第３力）との関係を示す図である。
図９は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置２００の基本構成を示す図である。
なお、図２〜図４に示す台形の破線は、第２ヨーク４３の取付位置を示している。

［ロータリ式圧縮機１の基本構成と基本動作］
実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１は、例えば空調機や給湯機等のヒートポンプ装置２００（図９を参照）の主要構成要素の一つとして利用され、ガス冷媒を圧縮し高温高圧状態にして蒸気圧縮式冷凍サイクル内に冷媒を循環させる役割をするものである。

図１に示すようにロータリ式圧縮機１は、密閉シェル３の内部空間７に、第１圧縮部１０及び第２圧縮部２０で構成された圧縮機構９９を備え、これら第１圧縮部１０及び第２圧縮部２０は駆動軸５を介して電動機８で駆動される。

密閉シェル３は、上端部及び下端部が閉塞された例えば円筒形状の密閉容器である。密閉シェル３の底部には、圧縮機構９９を潤滑する潤滑油が貯蔵される潤滑油貯蔵部３ａが設けられている。また、密閉シェル３の上部には、外部冷媒回路に導かれる圧縮機吐出管２が設けられている。

電動機８は、インバータ制御等によって例えば回転周波数が可変であり、回転子８ａと固定子８ｂとを備えている。固定子８ｂは、略円筒形状に形成されており、外周部が密閉シェル３に例えば焼き嵌め等により固定されている。この固定子８ｂには、外部電源から電力供給されるコイルが巻回されている。回転子８ａは、略円筒形状をしており、固定子８ｂの内周面と所定の間隔を介して、固定子８ｂの内周部に配置されている。この回転子８ａには駆動軸５が固定されており、電動機８と圧縮機構９９とは、駆動軸５を介して接続された構成となっている。つまり、電動機８が回転することにより、圧縮機構９９には駆動軸５を介して回転動力が伝達されることとなる。

駆動軸５は、該駆動軸５の上部を構成する長軸部５ａと、該駆動軸の下部を構成する短軸部５ｂと、これら長軸部５ａと短軸部５ｂとの間に形成された偏心ピン軸部５ｃ，５ｄと、中間軸部５ｅと、で構成されている。ここで、偏心ピン軸部５ｃは、その中心軸が長軸部５ａ及び短軸部５ｂの回転中心軸から所定距離だけ偏心した円筒形状をしており、後述する第１圧縮部１０の第１シリンダ室１２内に配置される。また、偏心ピン軸部５ｄは、その中心軸が長軸部５ａ及び短軸部５ｂの回転中心軸から所定距離だけ偏心した円筒形状をしており、後述する第２圧縮部２０の第２シリンダ室２２内に配置されるものである。

また、偏心ピン軸部５ｃと偏心ピン軸部５ｄとは、位相が１８０度ずれて設けられている。これら偏心ピン軸部５ｃと偏心ピン軸部５ｄは、中間軸部５ｅによって接続されている。なお、中間軸部５ｅは、後述する中間仕切板４の貫通孔内に配置される。このように構成された駆動軸５は、長軸部５ａが第１支持部材６０の軸受部６０ａで回転自在に支持され、短軸部５ｂが第２支持部材７０の軸受部７０ａで回転自在に支持されている。
つまり、駆動軸５が回転した際に、第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２内において、偏心ピン軸部５ｃ，５ｄが偏心回転運動する構成となっている。

第１圧縮部１０及び第２圧縮部２０は、それぞれ、第１シリンダ１１及び第２シリンダ２１、第１ピストン１３及び第２ピストン２３、並びに、第１ベーン１４及び第２ベーン２４等で構成される。第１シリンダ１１及び第２シリンダ２１は、それぞれ駆動軸５（より詳しくは、長軸部５ａ及び短軸部５ｂ）と略同心となる略円筒状の貫通孔が上下方向に貫通形成された平板部材である。第１シリンダ１１の貫通孔は、一方の端部が第１支持部材６０のフランジ部６０ｂにより閉塞され、他方の端部が中間仕切板４によって閉塞され、第１シリンダ室１２を形成している。また、第２シリンダ２１の貫通孔は、一方の端部が第２支持部材７０のフランジ部７０ｂにより閉塞され、他方の端部が中間仕切板４によって閉塞され、第２シリンダ室２２を形成している。

第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２内には、それぞれ、第１ピストン１３及び第２ピストン２３が設けられている。この第１ピストン１３及び第２ピストン２３は、それぞれリング状に形成されており、駆動軸５の偏心ピン軸部５ｃ，５ｄに摺動自在に設けられている。また、第１シリンダ１１及び第２シリンダ２１には、一方の端部がそれぞれ第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２に連通し、第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２の半径方向に延びる第１ベーン溝１９及び第２ベーン溝２９が形成されている。そして、第１ベーン溝１９及び第２ベーン溝２９には、それぞれ、第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２の中心に向かう方向である前方と第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２から遠ざかる方向である後方とに往復動自在に、第１ベーン１４及び第２ベーン２４が設けられている。第１ベーン１４及び第２ベーン２４の先端部１４ａ，２４ａがそれぞれ第１ピストン１３及び第２ピストン２３の外周部に当接することにより、第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２は、それぞれ吸入室と圧縮室とに分割される。

また、第１シリンダ１１及び第２シリンダ２１には、それぞれ、第１ベーン溝１９及び第２ベーン溝２９の後端部と連通する位置、つまり第１ベーン１４及び第２ベーン２４の後端部１４ｂ，２４ｂを収容する第１ベーン背室１５及び第２ベーン背室２５が形成されている。この第１ベーン背室１５及び第２ベーン背室２５は、第１シリンダ１１及び第２シリンダ２１を上下方向に貫通するように設けられている。また、第１ベーン背室１５及び第２ベーン背室２５は密閉シェル３の内部空間７に一部開放されており、潤滑油貯蔵部３ａに貯留されている潤滑油が第１ベーン背室１５及び第２ベーン背室２５に流入できる構成となっている。第１ベーン背室１５及び第２ベーン背室２５に流入した潤滑油は、第１ベーン溝１９及び第２ベーン溝２９と第１ベーン１４及び第２ベーン２４の側面との間に流れ込み、両者の間の摺動抵抗を低減させる。後述のように、本実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１は、圧縮機構９９で圧縮された冷媒が密閉シェル３の内部空間７に吐出される構成となっている。このため、第１ベーン背室１５及び第２ベーン背室２５は、密閉シェル３の内部空間７と同じ高圧雰囲気となる。

第１シリンダ１１及び第２シリンダ２１には、それぞれ、ガス冷媒を第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２に流入させるための吸入マフラ６が接続されている。吸入マフラ６は、容器６ｂ、流入管６ａ、流出管６ｃ，６ｄを備えている。容器６ｂは、冷凍サイクルを構成する蒸発器から流出した低圧の冷媒を貯留する。流入管６ａは、蒸発器から容器６ｂに低圧冷媒を導き、流出管６ｃ，６ｄは、それぞれ、容器６ｂに貯留された冷媒のうちのガス冷媒をシリンダ吸入流路１７，２７を経由して、第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２に導く役割をする。

また、第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２には、内部で圧縮されたガス冷媒を吐出する吐出口１８，２８が形成されている。この吐出口１８，２８は第１支持部材６０及び第２支持部材７０のフランジ部６０ｂ，７０ｂに形成された貫通孔と連通しており、当該貫通孔には、第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２内が所定の圧力以上となった際に開く開閉弁１８ａ，２８ａが設けられている。また、第１支持部材６０及び第２支持部材７０には、貫通孔を覆うように吐出マフラ６３，７３が取り付けられている。

［圧縮機構９９の第２圧縮部２０の切替え機構３１の基本構成と動作］
上記のように、第１圧縮部１０及び第２圧縮部２０の基本的な圧縮機構の構成は同じであるが、第２圧縮部２０には切替え機構３１が設置されている点で異なっている。
実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１は、第２圧縮部２０に切替え機構３１を備えたことにより、第１圧縮部１０と第２圧縮部２０とを同時に圧縮運転する並列運転モードと、第１圧縮部１０が圧縮運転を行い、第２圧縮部２０が非圧縮運転となる単独運転モードとに切替え可能に構成される。
ここで、図１は、並列運転モード時、すなわち第１圧縮部１０及び第２圧縮部２０が圧縮運転状態の縦断面図を示している。また、図２と図３は、並列運転モードで、第２圧縮部２０が圧縮運転状態の第２ベーン２４の状態を示し、それぞれ、軸回転角１８０度の下死点位置と軸回転角０度の上死点位置を示す概略横断面図（図１のＡ−Ａ断面）である。図４は、第２圧縮部２０が非圧縮運転状態の第２ベーン２４の状態を示している。
以下、切替え機構３１の詳細な構成について説明する。

［切替え機構３１の基本構成］
切替え機構３１は、第２ベーン背室２５の後方に設けられた第２シリンダ２１の収納室３７内に配置されている。そして、第２ベーン背室２５の後方側に永久磁石３２が配置され、永久磁石３２の前方側に第２ベーン２４に磁束密度を集中させるためのヨーク３３が取り付けられて主に構成されている。ヨーク３３は凹型形状の磁性材料で作製されており、凹型形状の底部分である平坦部３３ｂとこれに直立して前方側に突出する両腕部３３ａとで構成されている。
ここで、永久磁石３２が、本発明の第１永久磁石に相当する。

ヨーク３３の平坦部３３ｂの背面（後面）には直方体の永久磁石３２が張り付けられている。また、第２シリンダ２１が通常の圧縮動作時には、第２ピストン２３の上死点位置（図３の第２ピストン２３の位置、第２ピストン２３の軸回転角０度）で上記第２ベーン２４の後端部２４ｂが、ヨーク３３の凹型形状の両腕部３３ａの先端側内角付近に接近するようにヨーク３３が配置されている。なお、平坦部３３ｂの前面（第２ベーン２４の後端部２４ｂと対向する面）に、非磁性の薄い長方形平板で構成されたスペーサを取り付けてもよい。このようなスペーサを備えることにより、第２ベーン２４の後端部２４ｂが磁気吸引により吸着固定したときに、後端部２４ｂとヨーク３３の平坦部３３ｂとの距離（背面ギャップ）を一定に保って、吸引磁力のばらつきを小さくすることができる。

そして、第２ベーン２４に磁束を集中的に通過させるため、永久磁石３２とヨーク３３の周囲を非磁性材料である保持具３６で覆い、永久磁石３２とヨーク３３とを固定する。
また、永久磁石３２の背面側は磁性材料である第２シリンダ２１の外縁で囲まれている。もし、永久磁石３２と第２シリンダ２１の外縁との間に隙間が発生するならば、その隙間に磁性材料のシム３８を差し込んで調整する。

［第２ベーン２４に作用する押付け力Ｆｐ（以下、本発明の第１力に相当）と吸引磁力Ｆｍ（以下、本発明の第２力に相当）］
第１ベーン１４及び第２ベーン２４には、先端部１４ａ，２４ａ側に吸入圧Ｐｓ（第１シリンダ室１２及び第２シリンダ室２２に吸入された低圧冷媒の圧力）が作用し、後端部１４ｂ，２４ｂを含む背面部１４ｃ，２４ｃには吐出圧Ｐｄ（密閉シェル３の内部空間７の圧力、つまり、圧縮機構９９で圧縮された高圧冷媒の圧力）が作用する。
ここで、背面部とは、ベーンの先端側、側面側及び上下面側を除く背面側全体をさす。後端部は、背面部の最も後端の位置をさす。背面部が並行平面であれば後端部と同義であるが凹凸や曲面形状のある場合は異なる位置である。

このため、第１ベーン１４及び第２ベーン２４の双方には、先端部１４ａ，２４ａ及び背面部１４ｃ，２４ｃに作用する圧力の差（Ｐｄ−Ｐｓ）に応じて、第１ベーン１４及び第２ベーン２４を第１ピストン１３及び第２ピストン２３側へ押付ける押付け力Ｆｐが作用する。さらに、第１ベーン背室１５の後方には圧縮バネ４０が取り付けられており、差圧の押付け力に加えて、圧縮バネ４０の押付け力が第１ベーン１４に働くこととなる。例えば、起動時にはこの差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）が小さいので圧縮バネ４０の押付け力により第１ベーン１４が第１ピストン１３に当接して圧縮動作をする。

一方、第２ベーン背室２５の後方に圧縮バネ４０が取り付けられていないため、差圧による押付け力のみが第２ベーン２４を第２ピストン２３に押付け力Ｆｐとして働く。
圧縮運転過程では第１シリンダ１１及び第２シリンダ２１の内圧が変動し、押付け力Ｆｐの最大値Ｆｐｍａｘは、第２ピストン２３の軸回転角が０度付近（図３の状態で、第２ピストン２３が第２ベーン溝２９の中心軸に最接近した状態）のときに生じる。
このときの押付け力Ｆｐの最大値Ｆｐｍａｘは、
Ｆｐｍａｘ＝Ｐｄ（０度）×ベーン背面部面積−Ｐｓ（０度）×ベーン先端部面積となる。

第２ベーン２４に作用する吸引磁力Ｆｍは、
Ｆｍ＝Ｂｇ^２×Ｓ／（２×μ_０）［Ｎ］
Ｂｇ：吸着面の磁束密度［Ｔ］
Ｓ：吸着面の面積［ｍ^２］
μ_０：真空中の透磁率
で表され、磁束密度は永久磁石３２からの距離にほぼ反比例して減少する。

まず、第２圧縮部２０が圧縮運転を行っている時における第２ピストン２３の軸回転角が０度のときの吸引磁力Ｆｍを第１吸引磁力Ｆｍ１とする。
このとき、押付け力Ｆｐｍａｘ＞第１吸引磁力Ｆｍ１の関係が成り立っている。すると、第２ベーン２４は上死点位置（図３、第２ピストン２３の軸回転角０度）から下死点位置（図２、第２ピストン２３の軸回転角１８０度）まで、第２ピストン２３の周面に当接しながら往復動し、圧縮運転状態が維持される。
一方、第２ベーン２４に作用する吸引磁力Ｆｍは、第２ピストン２３の軸回転角が０度付近のときに、第２ベーン２４の背面部２４ｃがヨーク３３の両腕部３３ａの前端部に最も接近（最短距離）するので最大となる。このときの吸引磁力Ｆｍが上記の第１吸引磁力Ｆｍ１となるように、永久磁石３２とヨーク３３、第２ベーン背室２５のまわりの切替え機構３１を設計する。

次に、第２ベーン２４の上死点位置（軸回転角０度）で第１吸引磁力Ｆｍ１が働いて、差圧の押付け力Ｆｐｍａｘ＜第１吸引磁力Ｆｍ１の関係が成り立つと、第２ベーン２４の先端部２４ａが第２ピストン２３の外周面から離間する。さらに、第２ベーン２４は磁気吸引力により吸着位置まで後方側に移動する（図４に示した第２ベーン２４の状態）。ヨーク３３が直方体形状の場合には、第２ベーン２４の後端部２４ｂ（ここでは背面部２４ｃと同義）とヨーク３３の平坦部３３ｂとの距離（背面ギャップ）が小さくなるほど、吸引磁力Ｆｍが急激に増加する。すなわち、第２ベーン２４の移動距離に対する吸引磁力Ｆｍの変化する割合（吸引磁力Ｆｍの勾配）は急激に大きくなる。そして、第２ベーン２４の後端部２４ｂがヨーク３３の平坦部３３ｂに着座し、永久磁石３２の磁気により吸着位置に固定される。このとき、ヨーク３３の平坦部３３ｂと、第２ベーン２４の後端部２４ｂとの距離は最短となる。

一方、ヨーク３３が凹型形状の場合において、第２ベーン２４の先端部２４ａが離間状態（磁石吸引途中）で働く第２吸引磁力Ｆｍ２は、第２ベーン２４の側面部がヨーク３３の凹型形状の両腕部３３ａの内壁に沿ってほぼ平行に移動するため、第２ベーン２４の移動距離に対して吸引磁力Ｆｍが変化する割合（吸引磁力Ｆｍの勾配）は、この区間でほぼ一定の値に保たれ、吸引磁力Ｆｍの勾配が非常に小さい区間（吸引磁力一定区間）が存在することが特徴である。

［第２ベーン２４の前方への吸引磁力発生部の基本構成と動作］
図５、図６、図７は、第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態示す縦断面図で、ぞれぞれ、軸回転角０度の上死点位置、第２力と第３力の切替え位置、軸回転角１８０度の下死点位置を示す。
本実施の形態１に係る第２圧縮部２０は、第２ベーン２４が最も前方（第２シリンダ室２２の中心側）に移動する下死点位置において、第２ベーン２４の背面部２４ｃよりも前方となる位置に配置された第２ヨーク４３を備えている。この第２ヨーク４３は、第２シリンダ２１の下側、つまり、駆動軸５の軸方向において第２シリンダ室２２とは異なる位置（高さ）に設けられている。換言すると、第２ヨーク４３は、駆動軸５の軸方向において第２シリンダ２１とは異なる位置（高さ）に設けられている。この第２ヨーク４３は、磁性材料のボルト４４で非磁性の保持具３６に取り付けてある。第２ヨーク４３は、第２ベーン２４の下面部と対向する先端部４３ａを備える。

図３及び図５の軸回転角０度の上死点位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃの位置が、ボルト４４よりもヨーク３３の両腕部３３ａに接近する。このため、永久磁石３２からヨーク３３を通って、第２ベーン２４の背面部２４ｃに向かって磁束が流れ、第２シリンダ２１内を通過して、永久磁石３２に磁束が戻る（第２力）。

特に、第２ベーン２４の背面部２４ｃに、透磁率の高い例えば円筒形状の金属材料（磁性材料）が圧入されており、ここがベーン吸引箇所４１として磁束を集中させる機能をする。つまり、ベーン吸引箇所４１に、後述の第３力等が集中的に作用する。ベーン吸引箇所４１を設ける場合、第２ベーン２４のベーン吸引箇所以外の部分は、ベーン吸引箇所４１よりも透磁率の低い材料で形成することができる。本実施の形態１では、第２ベーン２４のベーン吸引箇所以外の箇所を非磁性材料で形成している。ここで、第２ベーン２４は、圧縮運転時、軸回転角０度の上死点位置と軸回転角１８０度の下死点位置とを往復運動する。この際、第２ベーン２４の側面部は第２ベーン溝２９の壁面と摺動し、第２ベーン２４の上面部は中間仕切板４の下面部と摺動し、第２ベーン２４の下面部は、第２支持部材７０のフランジ部７０ｂの上面部と摺動する。本実施の形態１では、第２ベーン２４が最も前方に移動している軸回転角１８０度の下死点位置において、第２ベーン溝２９、中間仕切板４及びフランジ部７０ｂよりも外側（後方）となる位置に、ベーン吸引箇所４１を配置している。つまり、ベーン吸引箇所４１は、周囲の部材と摺動しない位置に配置されている。なお、ベーン吸引箇所４１を設ける場合、図２及び図７の軸回転角１８０度の下死点位置において、第２ヨーク４３の先端部４３ａの横方向位置を、ベーン吸引箇所４１と同位置あるいはベーン吸引箇所４１よりも前方（第２シリンダ室の中心より）に配置する。

図６の第２力と第３力の切替え位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃからボルト４４までの距離と、第２ベーン２４の背面部２４ｃからヨーク３３の両腕部３３ａまでの距離とが、ほぼ同等になる。このため、永久磁石３２からヨーク３３を通って、第２ベーン２４の背面部２４ｃに向かう磁束と、永久磁石３２からボルト４４に向かう磁束とに分かれる。ボルト４４を通る磁束が第２ヨーク４３を通って再び第２ベーン２４に接近するように、第２ヨーク４３の先端部４３ａの形状を楔形の形状としてある。

図２及び図７の軸回転角１８０度の下死点位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃの位置がボルト４４よりもヨーク３３の両腕部３３ａから遠ざかる。一方で、第２ヨーク４３の先端部４３ａがベーン吸引箇所４１に接近するので、ボルト４４を通る磁束が流れやすくなり、第２ベーン２４を前方に吸引する磁力（第３力）が発生する。

図８は、本発明の実施の形態１に係るヨーク３３の平坦部３３ｂと第２ベーン２４の背面部２４ｃとの距離（背面ギャップ）に対する第２ベーン２４に作用する後方に吸引する磁力（第２力）との関係及び前方に吸引する磁力（第３力）との関係を示す図である。
図５のベーン上死点位置（背面ギャップがＸ１）では、第２力により、第２ベーン２４に対して後方への強い吸引磁力（約７Ｎ）を発生する。図６の第２力と第３力の切替え位置（背面ギャップがＸ２）では、後方への吸引磁力（第２力）と前方への吸引磁力（第３力）がともに弱くなる。図７のベーン上死点位置（背面ギャップがＸ３）では、第３力により、前方への吸引磁力が（約３Ｎ）を発生する。

このため、本実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１においては、第２圧縮部２０が低負荷条件で圧縮運転を行う際、第２ベーン２４には、最も前方に移動した下死点位置において該第２ベーン２４を前方へ吸引する第３力が作用する。したがって、本実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１においては、第２圧縮部２０が低負荷条件で圧縮運転を行う際、下死点位置において第２ベーン２４が第２ピストン２３から離間することを防止でき、ロータリ式圧縮機１の信頼性及び効率が低下することを防止できる。

［ヒートポンプ装置２００の基本構成］
図９は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置２００の基本構成を示す図である。
ヒートポンプ装置２００は、図１と同様のロータリ式圧縮機１、四方弁２０１、室内側熱交換器２０２、減圧機構２０３及び室外側熱交換器２０４を有し、これらを冷媒回路配管２０７で接続して蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成している。以下では、ヒートポンプ装置２００の一例として空調機用のヒートポンプ装置２００について説明する。

室内機Ｂには室内側熱交換器２０２が配置され、室外機Ａにはロータリ式圧縮機１、四方弁２０１、減圧機構２０３及び室外側熱交換器２０４が配置されている。
ヒートポンプ装置２００は、四方弁２０１により暖房運転及び冷房運転を切り替え可能となっている。暖房運転する場合には、四方弁２０１を図９の実線で示す暖房運転時経路２０１ａ側に接続する。これにより、ロータリ式圧縮機１で高温高圧状態に圧縮した冷媒ガスが室内側熱交換器２０２に流入し、室内側熱交換器２０２が放熱側熱交換器（凝縮器）として動作する。冷房運転する場合には、四方弁２０１を点線で示す冷房運転時経路２０１ｂ側に接続する。これにより、ロータリ式圧縮機１の吸入側が室内側熱交換器２０２に接続されて、室内側熱交換器２０２が吸熱側熱交換器（蒸発器）として動作する。

ロータリ式圧縮機１は、上述したように電動機８及び２つの圧縮部（第１圧縮部１０及び第２圧縮部２０）を有し、一方の圧縮部を非圧縮運転状態とする単独運転モードと、両方の圧縮部を圧縮運転状態とする通常の並列運転モードとが、ロータリ式圧縮機１の運転条件により受動的に切り替わる構造を有している。具体的には、上述したようにロータリ式圧縮機１の運転開始直後や、あるいは、ロータリ式圧縮機１が低負荷（室内と室外の温度差が小さい）で吸入圧と吐出圧の差圧が小さい状態では単独運転モードで運転を行う。あるいは、起動後しばらく経過し、定格負荷まで吐出圧が上昇して吸入圧との差圧が大きくなると、第２ベーン２４に作用する押付け力Ｆｐ（第１力）が大きくなって、並列運転モードに切り替わる。

次に、ヒートポンプ装置２００に備えられたセンサ類について説明する。室内機Ｂには、室内温度を検出する温度センサ１７１と、室内側熱交換器２０２を通過する室内気流の噴出し口に温度センサ１７２が備えてある。温度センサ１７１，１７２で検知した信号は、後述のヒートポンプ能力制御装置１６０に入力されるようになっている。

なお、ヒートポンプ装置２００の制御に用いられるセンサは、図９に示したものに限定されず、室内側熱交換器２０２及び室外側熱交換器２０４の気流側または冷媒側に設けられた温度センサ、ロータリ式圧縮機１の吸入側及び吐出側に設けられた温度センサ及び圧力センサ等を必要に応じて適宜採用することができる。

次に、ヒートポンプ装置２００に備えられた制御回路について説明する。室外機Ａは、交流電源１４０からの電源によりロータリ式圧縮機１の電動機８を駆動する電力を供給するインバータ駆動制御装置１５０と、この装置から取得したインバータ波形に基づいて運転モードを判別する検知判別手段１４５と、ヒートポンプ能力制御装置１６０とを備えている。インバータ駆動制御装置１５０、検知判別手段１４５、ヒートポンプ能力制御装置１６０には、各種制御を行うプログラムを記憶した記憶部や演算を行うＣＰＵ等の回路が内蔵されている。

運転モードが、並列運転モードから単独運転モードに切り替わった瞬間は、電動機８の回転周波数が急激に増加（オーバシュート）するが、検知判別手段１４５により運転モードを検知判別すると、温度センサ１７２で検知した温度が、目標室温に近づくように電動機８の運転周波数を再度決定し、決定した運転周波数で電動機８が動作するようにインバータ駆動制御装置１５０を制御する。温度センサ１７２で検知した温度が、目標の室温（乾球）の変動幅が許容範囲（±１℃程度）に入るように調整する。

以上のように、本実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１は、第２圧縮部２０に切替え機構３１を備えたことにより、第１圧縮部１０と第２圧縮部２０とを同時に圧縮運転する並列運転モードと、第１圧縮部１０が圧縮運転を行い、第２圧縮部２０が非圧縮運転となる単独運転モードとを行うことができる。また、本実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１においては、第２圧縮部２０が低負荷条件で圧縮運転を行う際、下死点位置において第２ベーン２４が第２ピストン２３から離間することを防止でき、ロータリ式圧縮機１の信頼性及び効率が低下することを防止できる。すなわち、本実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１は、低負荷時に複数のシリンダ室の運転モードを切替えて能力範囲を拡大した運転制御が、低負荷時にも安定に動作可能となる。したがって、ロータリ式圧縮機１の効率化と信頼性の向上を実現することができる。そして、このようなロータリ式圧縮機１を備えたヒートポンプ装置２００においても、効率化と信頼性の向上を実現することができる。

また、本実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１は、第２圧縮部２０に、第２ベーン２４が第２ピストン２３から離れた状態になったときに、第２ベーン２４を保持する凹型形状のヨーク３３を備えている。このため、本実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１は、第２ベーン２４が第２ピストン２３の外周壁から離間した際に、第２ベーン２４の位置を安定に保つこともできる。

なお、上記では、休筒状態（非圧縮運転状態）となる第２圧縮部２０を第１圧縮部１０の下方に配置した例を説明したが、休筒状態（非圧縮運転状態）となる第２圧縮部２０を第１圧縮部１０の上方に配置してもよい。

また、本実施の形態１では、密閉形高圧シェル形式（第１圧縮部１０及び第２圧縮部２０と電動機８とを同じ吐出圧の密閉シェル内に配置したもの）のロータリ式圧縮機を用いたヒートポンプ装置について説明したが、その他のシェル形式においても同様の構成を採用することができる。例えば、半密閉式のシェル形式の場合や、中間圧シェル形式及び低圧シェル形式の場合にも、ベーンを差圧によりピストンに押し付けて圧縮運転を行う形式の場合には、同様の効果を奏することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るロータリ式圧縮機１は、実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１、圧縮機構９９及び第２圧縮部２０の基本構成及び基本動作と全く同様であるが、実施の形態１に係る圧縮機構９９のうちで、第２ベーン２４の前方への吸引磁力発生部の構成と動作について異なる点がある。
したがって、本実施の形態２では、実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１と異なる部分についてのみ説明する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と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１０は、本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す縦断面図である。
図１１は、本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す横断面図である。
図１２は、本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す縦断面図である。
図１３は、本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す横断面図である。
図１４は、本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す縦断面図である。
図１５は、本発明の実施の形態２に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す横断面図である。
なお、図１１、図１３及び図１５に示す台形の破線は、第２ヨーク４３の取付位置を示している。

［第２ベーン２４の前方への吸引磁力発生部の基本構成と動作］
本実施の形態２に係る第２ベーン２４は、底面部に凹形の切欠き部４５（非吸引部）が形成されている。そして、ベーン吸引箇所４１である透磁率の高い例えば円筒形状の金属材料（磁性材料）は、第２ベーン２４の背面部２４ｃ、より詳しくは切欠き部４５の後端部に設けられている。この位置は、ベーン吸引箇所４１と周囲の部材とが摺動しない位置である。

図１０及び図１１の軸回転角０度の上死点位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃの位置が、ボルト４４よりもヨーク３３の両腕部３３ａに接近する。このため、永久磁石３２からヨーク３３を通って、第２ベーン２４の背面部２４ｃに向かって磁束が流れ、第２シリンダ２１内を通過して、永久磁石３２に磁束が戻る（第２力）。

図１２及び図１３の第２力と第３力の切替え位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃからボルト４４までの距離と、第２ベーン２４の背面部２４ｃからヨーク３３の両腕部３３ａまでの距離とが、ほぼ同等になる。このため、永久磁石３２からヨーク３３を通って、ベーンの背面部２４ｃに向かう磁束と、ボルト４４に向かう磁束とに分かれる。ボルト４４を通る磁束は、第２ヨーク４３を通って、再び第２ベーン２４に接近しようとするが、第２ベーン２４の底面部の切欠き部４５のため、大きな吸引磁力を発揮できない。

図１４及び図１５の軸回転角１８０度の下死点位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃの位置がボルト４４よりもヨーク３３の両腕部３３ａから遠ざかる。一方で、第２ヨーク４３の先端部４３ａが、切欠き部４５でなくベーン吸引箇所４１に接近するので、ボルト４４を通る磁束が流れやすくなり、第２ベーン２４を前方に吸引する磁力（第３力）が発生する。

以上のように、本実施の形態２に係るロータリ式圧縮機１においても、実施の形態１と同様、第２圧縮部２０に切替え機構３１を備えたことにより、第１圧縮部１０と第２圧縮部２０とを同時に圧縮運転する並列運転モードと、第１圧縮部１０が圧縮運転を行い、第２圧縮部２０が非圧縮運転となる単独運転モードとを行うことができる。また、本実施の形態２に係るロータリ式圧縮機１においても、実施の形態１と同様、第２圧縮部２０が低負荷条件で圧縮運転を行う際、下死点位置において第２ベーン２４が第２ピストン２３から離間することを防止でき、ロータリ式圧縮機１の信頼性及び効率が低下することを防止できる。すなわち、本実施の形態２に係るロータリ式圧縮機１においても、実施の形態１と同様、低負荷時に複数のシリンダ室の運転モードを切替えて能力範囲を拡大した運転制御が、低負荷時にも安定に動作可能となる。したがって、ロータリ式圧縮機１の効率化と信頼性の向上を実現することができる。そして、このようなロータリ式圧縮機１を備えたヒートポンプ装置２００においても、効率化と信頼性の向上を実現することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るロータリ式圧縮機１は、実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１、圧縮機構９９及び第２圧縮部２０の基本構成及び基本動作と全く同様であるが、実施の形態１に係る圧縮機構９９のうちで、第２ベーン２４の前方への吸引磁力発生部の構成と動作について異なる点がある。
したがって、本実施の形態３では、実施の形態１に係るロータリ式圧縮機１と異なる部分についてのみ説明する。なお、本実施の形態３において、実施の形態１と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１６は、本発明の実施の形態３に係るロータリ式圧縮機１の構造を示す概略縦断面図である。
図１７は、本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す縦断面図である。
図１８は、本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角０度の上死点位置）を示す横断面図である。
図１９は、本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す縦断面図である。
図２０は、本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（第２力と第３力の切替え位置）を示す横断面図である。
図２１は、本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す縦断面図である。
図２２は、本発明の実施の形態３に係る第２圧縮部２０が圧縮運転状態時の第２ベーン２４の状態（軸回転角１８０度の下死点位置）を示す横断面図である。

［第２ベーン２４の前方への吸引磁力発生部の基本構成と動作］
本実施の形態３に係る第２ベーン２４は、第２ベーン２４の背面部２４ｃに、透磁率の高い金属材料（磁性材料）のベーン吸引箇所４１が設けられている。また、第２ベーン２４は、第２ベーン２４の底面部から下方へ向かって突設された突状ベーン吸引箇所４１ａを備えている。この突状ベーン吸引箇所４１ａは、後述のように第３力が働くベーン吸引箇所である。突状ベーン吸引箇所４１ａは、駆動軸５の軸方向において第２シリンダ室２２とは異なる位置（より詳しくは、第２シリンダ室２２よりも第２支持部材７０のフランジ部７０ｂ側であり、下死点位置において該フランジ部７０ｂよりも外側となる位置）に配置されている。換言すると、突状ベーン吸引箇所４１ａは、駆動軸５の軸方向において第２シリンダ２１とは異なる位置に配置されている。また、突状ベーン吸引箇所４１ａの当該位置は、突状ベーン吸引箇所４１ａと周囲の部材とが摺動しない位置である。

また、本実施の形態３に係るロータリ式圧縮機１には、永久磁石３２とは別に、第２ベーン２４に対して第３力を発生させる第２永久磁石４２が設けられている。この第２永久磁石４２は、第２ベーン２４が最も前方に移動している軸回転角１８０度の下死点位置において、ベーン吸引箇所４１と対向する位置に設けられている。つまり、第２永久磁石４２は、第２ベーン２４が最も前方に移動する下死点位置において、第２ベーン２４の背面部２４ｃよりも前方となる位置に配置されている。また、第２永久磁石４２は、駆動軸５の軸方向において第２シリンダ室２２とは異なる位置（高さ）、より詳しくは第２支持部材７０のフランジ部７０ｂ側に配置されている。換言すると、第２永久磁石４２は、駆動軸５の軸方向において第２シリンダ２１とは異なる位置（高さ）に配置されている。さらに、本実施の形態３では、第２永久磁石４２は、フランジ部７０ｂよりも外側に配置されている。また、本実施の形態３では、第２永久磁石４２は、永久磁石３２と反発しあう向きに磁界を発生させる。

このような第２永久磁石４２は、第２支持部材７０のフランジ部７０ｂに固定されている。本実施の形態３では、第２ベーン２４に磁束を集中的に通過させるため、第２永久磁石４２の周囲を非磁性材料である第２保持具４６で覆っている。このため、第２永久磁石４２は、第２保持具４６を介して、第２支持部材７０のフランジ部７０ｂに固定されている。また、本実施の形態３では、第２ベーン２４に磁束密度を集中させるため、第２永久磁石４２の後面部（突状ベーン吸引箇所４１ａと対向する箇所）、上面部及び底面部を除く位置が、第２ヨーク４３（磁性材料）で覆われている。

図１７及び図１８の軸回転角０度の上死点位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃとヨーク３３の両腕部３３ａとの間の距離が、第２ベーン２４の突状ベーン吸引箇所４１ａと第２永久磁石４２（第２ヨーク４３が設けられている場合には第２ヨーク４３）との間の距離よりも小さい。このため、永久磁石３２からヨーク３３を通って、ベーンの背面部２４ｃに向かって磁束が流れ、第２シリンダ２１内を通過して、永久磁石３２に磁束が戻る。つまり、第２ベーン２４には、該第２ベーン２４を後方へ吸引する第２力が働く。

図１９及び図２０の第２力と第３力の切替え位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃとヨーク３３の両腕部３３ａとの間の距離と、第２ベーン２４の突状ベーン吸引箇所４１ａと第２永久磁石４２（第２ヨーク４３が設けられている場合には第２ヨーク４３）との間の距離とが、ほぼ同等になる。このため、永久磁石３２からヨーク３３を通って、ベーンの背面部２４ｃに向かって磁束が流れ、第２シリンダ２１内を通過して、永久磁石３２に磁束が戻る（第２力）。これと同時に、第２永久磁石４２から第２ヨーク４３を通って、第２ベーン２４の突状ベーン吸引箇所４１ａに向かう磁束が発生して、第２ベーン２４を前方に吸引する磁力（第３力）も発生する。このため、図１９及び図２０の第２力と第３力の切替え位置では、第２ベーン２４を後方へ吸引する第２力と第２ベーン２４を前方へ吸引する第３力とが互いに打ち消し合う状態となる。

図２１及び図２２の軸回転角１８０度の下死点位置では、第２ベーン２４の背面部２４ｃの位置がヨーク３３の両腕部３３ａから遠ざかる。一方で、第２ベーン２４の突状ベーン吸引箇所４１ａが、第２永久磁石４２（第２ヨーク４３が設けられている場合には第２ヨーク４３）に近づく。このため、第２永久磁石４２から第２ヨーク４３を通って、第２ベーン２４の突状ベーン吸引箇所４１ａに向かう磁束が発生して、第２ベーン２４を前方に吸引する磁力（第３力）が発生する。

以上のように、本実施の形態３に係るロータリ式圧縮機１においても、実施の形態１と同様、第２圧縮部２０に切替え機構３１を備えたことにより、第１圧縮部１０と第２圧縮部２０とを同時に圧縮運転する並列運転モードと、第１圧縮部１０が圧縮運転を行い、第２圧縮部２０が非圧縮運転となる単独運転モードとを行うことができる。また、本実施の形態３に係るロータリ式圧縮機１においても、実施の形態１と同様、第２圧縮部２０が低負荷条件で圧縮運転を行う際、下死点位置において第２ベーン２４が第２ピストン２３から離間することを防止でき、ロータリ式圧縮機１の信頼性及び効率が低下することを防止できる。すなわち、本実施の形態３に係るロータリ式圧縮機１においても、実施の形態１と同様、低負荷時に複数のシリンダ室の運転モードを切替えて能力範囲を拡大した運転制御が、低負荷時にも安定に動作可能となる。したがって、ロータリ式圧縮機１の効率化と信頼性の向上を実現することができる。そして、このようなロータリ式圧縮機１を備えたヒートポンプ装置２００においても、効率化と信頼性の向上を実現することができる。

１ ロータリ式圧縮機、２ 圧縮機吐出管、３ 密閉シェル、３ａ 潤滑油貯蔵部、４
中間仕切板、５ 駆動軸、５ａ 長軸部、５ｂ 短軸部、５ｃ 偏心ピン軸部、５ｄ 偏心ピン軸部、５ｅ 中間軸部、６ 吸入マフラ、６ａ 流入管、６ｂ 容器、６ｃ 流出管、６ｄ 流出管、７ 内部空間、８ 電動機、８ａ 回転子、８ｂ 固定子、１０ 第１圧縮部、１１ 第１シリンダ、１２ 第１シリンダ室、１３ 第１ピストン、１４ 第１ベーン、１４ａ 先端部、１４ｂ 後端部、１４ｃ 背面部、１５ 第１ベーン背室、１７ シリンダ吸入流路、１８ 吐出口、１８ａ 開閉弁、１９ 第１ベーン溝、２０
第２圧縮部、２１ 第２シリンダ、２２ 第２シリンダ室、２３ 第２ピストン、２４
第２ベーン、２４ａ 先端部、２４ｂ 後端部、２４ｃ 背面部、２５ 第２ベーン背室、２７ シリンダ吸入流路、２８ 吐出口、２８ａ 開閉弁、２９ 第２ベーン溝、３１ 切替え機構、３２ 永久磁石、３３ ヨーク、３３ａ 両腕部、３３ｂ 平坦部、３６ 保持具、３７ 収納室、３８ シム、４０ 圧縮バネ、４１ ベーン吸引箇所（磁性材料）、４１ａ 突状ベーン吸引箇所（磁性材料）、４２ 第２永久磁石、４３ 第２ヨーク（磁性材料）、４３ａ 先端部、４４ ボルト（磁性材料）、４５ 切欠き部（非吸引部）、４６ 第２保持具、６０ 第１支持部材、６０ａ 軸受部、６０ｂ フランジ部、６３ 吐出マフラ、７０ 第２支持部材、７０ａ 軸受部、７０ｂ フランジ部、７３
吐出マフラ、９９ 圧縮機構、１４０ 交流電源、１４５ 検知判別手段、１５０ インバータ駆動制御装置、１６０ ヒートポンプ能力制御装置、１７１ 温度センサ、１７２ 温度センサ、２００ ヒートポンプ装置、２０１ 四方弁、２０１ａ 暖房運転時経路、２０１ｂ 冷房運転時経路、２０２ 室内側熱交換器、２０３ 減圧機構、２０４ 室外側熱交換器、２０７ 冷媒回路配管、Ａ 室外機、Ｂ 室内機。

本発明に係るロータリ式圧縮機は、２つの圧縮部、電動機、及び、２つの前記圧縮部と前記電動機とを接続する駆動軸を備え、前記圧縮部のそれぞれが、吸入した冷媒を圧縮するシリンダ室、一方の端部が前記シリンダ室に連通したベーン溝、及び、前記ベーン溝の他方の端部に連通したベーン背室が形成されたシリンダと、前記駆動軸の回転によって前記シリンダ室内を偏心回転するリング形状のピストンと、前記シリンダ室の中心に向かう方向である前方と前記シリンダ室から遠ざかる方向である後方とに往復動自在に前記ベーン溝に挿入され、前記ピストンの外周面に先端部が当接した状態で前記シリンダ室を低圧と高圧に仕切り、背面部が前記ベーン背室に収容されたベーンと、を備えたロータリ式圧縮機であって、一方の前記圧縮部は、前記ベーンの前記背面部の後方に配置された第１永久磁石を有し、前記ベーンの前記先端部と前記背面部とに働く圧力の差により、前記ベーンに対して前方に作用する第１力と、前記第１永久磁石により前記ベーンを後方に吸引する第２力とによって、前記ベーンの前記先端部が前記ピストンの外周面に当接した圧縮運転状態と、前記ピストンの外周面から離間した前記ベーンを吸着固定した非圧縮運転状態とを切替える切替え機構を備え、さらに、前記ベーンが最も前方に移動する下死点位置において、前記ベーンを前方へ吸引する第３力が作用するように、前記ベーンの前記背面部よりも前方側に配置された第２永久磁石又はヨークを備え、前記ヨークは、前記駆動軸の軸方向において前記シリンダ室とは異なる位置に固定されているものである。

本発明に係るロータリ式圧縮機は、２つの圧縮部、電動機、及び、２つの前記圧縮部と前記電動機とを接続する駆動軸を備え、前記圧縮部のそれぞれが、吸入した冷媒を圧縮するシリンダ室、一方の端部が前記シリンダ室に連通したベーン溝、及び、前記ベーン溝の他方の端部に連通したベーン背室が形成されたシリンダと、前記駆動軸の回転によって前記シリンダ室内を偏心回転するリング形状のピストンと、前記シリンダ室の中心に向かう方向である前方と前記シリンダ室から遠ざかる方向である後方とに往復動自在に前記ベーン溝に挿入され、前記ピストンの外周面に先端部が当接した状態で前記シリンダ室を低圧と高圧に仕切り、背面部が前記ベーン背室に収容されたベーンと、を備えたロータリ式圧縮機であって、一方の前記圧縮部は、前記ベーンの前記背面部の後方に配置された第１永久磁石を有し、前記ベーンの前記先端部と前記背面部とに働く圧力の差により、前記ベーンに対して前方に作用する第１力と、前記第１永久磁石により前記ベーンを後方に吸引する第２力とによって、前記ベーンの前記先端部が前記ピストンの外周面に当接した圧縮運転状態と、前記ピストンの外周面から離間した前記ベーンを吸着固定した非圧縮運転状態とを切替える切替え機構を備え、さらに、前記ベーンが最も前方に移動する下死点位置において、前記ベーンを前方へ吸引する第３力が作用するように、前記ベーンの前記背面部よりも前方側に配置されたヨークを備え、前記ヨークは、前記駆動軸の軸方向において前記シリンダ室とは異なる位置に固定されているものである。

Claims (12)

1. ２つの圧縮部、電動機、及び、２つの前記圧縮部と前記電動機とを接続する駆動軸を備え、
   前記圧縮部のそれぞれが、
   吸入した冷媒を圧縮するシリンダ室、一方の端部が前記シリンダ室に連通したベーン溝、及び、前記ベーン溝の他方の端部に連通したベーン背室が形成されたシリンダと、
   前記駆動軸の回転によって前記シリンダ室内を偏心回転するリング形状のピストンと、
   前記シリンダ室の中心に向かう方向である前方と前記シリンダ室から遠ざかる方向である後方とに往復動自在に前記ベーン溝に挿入され、前記ピストンの外周面に先端部が当接した状態で前記シリンダ室を低圧と高圧に仕切り、背面部が前記ベーン背室に収容されたベーンと、
   を備えたロータリ式圧縮機であって、
   一方の前記圧縮部は、
   前記ベーンの前記背面部の後方に配置された第１永久磁石を有し、前記ベーンの前記先端部と前記背面部とに働く圧力の差により、前記ベーンに対して前方に作用する第１力と、前記第１永久磁石により前記ベーンを後方に吸引する第２力とによって、前記ベーンの前記先端部が前記ピストンの外周面に当接した圧縮運転状態と、前記ピストンの外周面から離間した前記ベーンを吸着固定した非圧縮運転状態とを切替える切替え機構を備え、
   さらに、前記ベーンが最も前方に移動する下死点位置において、前記ベーンを前方へ吸引する第３力が作用するように、前記ベーンの前記背面部よりも前方側に配置された第２永久磁石又はヨークを備えたロータリ式圧縮機。
2. 前記第１永久磁石は前記シリンダに固定されている請求項１に記載のロータリ式圧縮機。
3. 前記ヨークは、前記駆動軸の軸方向において前記シリンダ室とは異なる位置に固定されている請求項１又は請求項２に記載のロータリ式圧縮機。
4. 前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石は、別々の永久磁石である請求項１に記載のロータリ式圧縮機。
5. 前記第２永久磁石は、前記駆動軸の軸方向において前記シリンダとは異なる位置に固定されている請求項４に記載のロータリ式圧縮機。
6. 前記駆動軸を回転自在に支持する軸受部と、前記シリンダ室の端部を閉塞するフランジ部とを有する支持部材を備え、
   前記第２永久磁石は、前記支持部材に固定されている請求項４又は請求項５に記載のロータリ式圧縮機。
7. 前記第２永久磁石は、前記駆動軸の軸方向において前記シリンダ室よりも前記支持部材側であり、前記支持部材より外側となる位置に配置されている請求項６に記載のロータリ式圧縮機。
8. 前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石は、反発しあう向きに磁界を発生する請求項４〜請求項７のいずれか一項に記載のロータリ式圧縮機。
9. 前記第３力が働く前記ベーンは、磁性材料で形成されて前記第３力が働くベーン吸引箇所を備え、
   該ベーン吸引箇所は、前記ベーン溝と摺動しない位置に配置されている請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のロータリ式圧縮機。
10. 前記第３力が働く前記ベーンは、磁性材料で形成されて前記第３力が働くベーン吸引箇所を備え、
    前記ベーン吸引箇所は、前記駆動軸の軸方向において前記シリンダ室よりも前記支持部材側で、前記下死点位置において前記支持部材より外側となる位置であり、周囲の部材と摺動しない位置に配置されている請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のロータリ式圧縮機。
11. 前記第３力が働く前記ベーンは、前記ベーン吸引箇所以外が非磁性材料で形成されている請求項９又は請求項１０に記載のロータリ式圧縮機。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載のロータリ式圧縮機と、凝縮器と、減圧機構と、蒸発器とを備えたヒートポンプ装置。

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