JPWO2018142964A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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Abstract

軸電圧を低減でき、かつ装置全体の省スペース化が可能なスクロール圧縮機を提供する。モータケーシング１４内に収納されたロータ３２と、モータケーシング１４内に収納され、ロータ３２を回転駆動させるステータ３１と、軸受３３、３４により保持されてロータ３２と一体に回転する回転軸１２と、回転軸１２の一方の端部を貫通させ、モータケーシング１４を閉鎖するエンドブラケット１６と、回転軸１２の他端部を支持し、回転軸１２の回転により旋回運動する旋回スクロール３４と、旋回スクロール３４と対向配置された固定スクロール３３と、エンドブラケット１６との間に間隔を保って回転軸１２の一方の端部に固定されており、ファンカバー１３２内部に収容された回転羽根１３１の回転により、ファンカバー１３２の端面１３２Ａに設けられた吸い込み口から外気を吸込み、固定スクロール４３又は旋回スクロール４４を冷却する冷却風をファンカバー１３２内部で発生させる吸込み式の冷却ファン１３と、冷却ファン１３に対面するエンドブラケット１６に固定され、一端が回転軸１２に接する除電ブラシ６０と、を有するスクロール圧縮機１００である。

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。
従来より、モータと一体化されたスクロール式圧縮機が多用されている。モータ一体型のスクロール式圧縮機では、一般に、稼働時に高温となる圧縮部を冷却するために、モータ回転軸に冷却ファンが装着されている。
圧縮機を駆動するモータにおいて、軸受電食が問題となっている。例えば、インバータ電源を用いてモータを可変速運転した場合、回転軸上に発生する軸電圧により、軸受電食が発生し易い傾向がある。軸受電食の発生に伴い、軸受寿命が短くなる等の弊害が生じるため、これを防止するために、モータの軸電圧を低減することが求められている。
例えば特許文献１には、エンドブラケットの軸方向端部に設けられたラジアルファンの端面に、ファンカバーに取付けたブラシホルダ内のブラシを接触させることで、モータの軸電圧の低減を図ったアキシャルギャップ型永久磁石同期モータが開示されている。
特開２０１５−５０７９８号公報
特許文献１に記載の構成では、ラジアルファンに接触させたブラシを接地電位と電気的に結合させるために、ブラシホルダを取り付けたファンカバーを、ケースハウジングと導通させることが必要となる。このため、設計上、全体が大型化し易い。
そこで、本発明の目的は、軸電圧を低減でき、かつ省スペース化が可能なスクロール圧縮機を提供することにある。
本発明に係るスクロール圧縮機の好ましい実施形態としては、モータケーシング内に収納されたロータと、前記モータケーシング内に収納され、前記ロータを回転駆動させるステータと、軸受により保持されて前記ロータと一体に回転する回転軸と、前記回転軸の一方の端部を貫通させ、前記モータケーシングを閉鎖するエンドブラケットと、前記回転軸の他端部を支持し、該回転軸の回転により旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールと対向配置された固定スクロールと、前記エンドブラケットとの間に間隔を保って前記回転軸の一方の端部に固定されており、ファンカバー内部に収容された回転羽根の回転により、前記ファンカバーの前記エンドブラケットと対面する端面に設けられた吸い込み口から外気を吸込み、前記固定スクロール又は前記旋回スクロールを冷却する冷却風を前記ファンカバー内部で発生させる吸込み式の冷却ファンと、前記冷却ファンに対面する前記エンドブラケットに固定され、一端が前記回転軸に接する除電ブラシと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、軸電圧を低減でき、かつ省スペース化が可能なスクロール圧縮機を実現することができる。
実施例に係るスクロール圧縮機１００を側面から見た断面図である。 図１に示すモータ１０のステータ３１及びロータ３２を拡大して示す図である。 実施例に係るスクロール圧縮機１００の側面図である。
図１に、実施例に係るスクロール圧縮機１００を側面から見た断面図を示す。スクロール圧縮機１００は、モータ１０と、モータ１０により駆動される圧縮部１１０を有している。以下の説明では、モータ１０として、アキシャルギャップ型モータを適用した場合の構成の例について説明する。
モータ１０のモータケーシング１４内には、円盤状のステータ３１が、円盤状の一対のロータ３２に挟まれて配置されている。モータケーシング１４は、例えばＡｌ等の金属製であり、両端に開口部を有する円筒形状を有している。モータケーシング１４の圧縮部１１０側の開口部には金属製のフランジ１５が設けられており、この開口部と反対側の開口部には、金属製のエンドブラケット１６が設けられて、両開口部が閉鎖されている。
回転軸１２は、ステータ３１、ロータ３２の中央部を貫通して設けられている。回転軸１２は、圧縮部１１０側に設けられた主軸受３３と、ステータ３１を挟んで主軸受３３と反対側に設けられた反負荷軸受３４により回転自在に支持されている。主軸受３３は、フランジ１５により保持されており、反負荷軸受３４は、エンドブラケット１６により保持されている。回転軸１２は、主軸受３３側の端部に偏心部１２ａを有している。
回転軸１２の反負荷軸受３４側の端部はエンドブラケット１６を貫通しており、その端部側には冷却ファン１３が設置されている。冷却ファン１３は、回転軸１２に装着された回転羽根１３１が、樹脂製のファンカバー１３２内に収容されて構成されている。回転軸１２の端部には、回転羽根１３１とファンカバー１３２との間にカウンタウェイト１３５が設けられている。
冷却ファン１３は、吸気用の空間２０を確保するために、エンドブラケット１６との間に所定の距離Ｄの間隔を保って設けられている。
なお、距離Ｄは、エンドブラケット１６の冷却ファン１３と対面する面１６１（以下、単にエンドブラケット１６の表面１６１という）と、ファンカバー１３２のエンドブラケット１６と対面する端面１３２Ａ（以下、単にファンカバー１３２の端面１３２Ａという）との間の距離をいう。
冷却ファン１３は、回転軸１２により駆動された回転羽根１３１の回転により、冷却ファンの側面から空間２０に流入した外気を、端面１３２Ａに設けられた吸入孔（図示省略）から吸込んで、冷却風を発生させる、所謂吸込み式の冷却ファンである。
空間２０に流入した冷却ファン１３周辺の外気は、その大半が、冷却ファン１３の外径側の吸入口から冷却ファン１３内部に吸い込まれる。回転羽根１３１の回転によりファンカバー１３２内部に発生した冷却風は、不図示のダクトを通って圧縮部１１０の、後述する固定スクロール４３又は旋回スクロール４４に供給される。
ステータ３１とロータ３２との間には、空隙が形成されている。これにより、ステータ３１とロータ３２とは、回転軸１２に平行な方向に、空隙を挟んで対向配置された状態でモータケーシング１４内に収容されている。
図２に、図１に示すモータ１０のステータ３１及びロータ３２を拡大して示す。ロータ３２は、磁性体で構成されたヨーク（図示省略）と、周方向に配置されかつヨークに接続した永久磁石３２１とで構成される。
ステータ３１は、複数の鉄心片３１１が周方向に等間隔で配置されて構成されている。鉄心片３１１には、非磁性体を介して、コイル３１２が巻回されている。周方向に配置された鉄心片３１１は、樹脂材料により樹脂モールドされることにより一体成形されて、モータケーシング１４に固定されている。鉄心片３１１は、例えば電磁鋼板や、アモルファス金属により構成することができる。
ステータ３１の鉄心片３１１に巻回されたコイル３１２に電流が流れると、ステータ３１、ロータ３２に生成された磁場により、ロータ３２に回転力が付与される。ロータ３２の回転に伴い回転軸１２が回転する。
鉄心片３１１をアモルファス金属により形成した場合には、他の磁性材料と比較して損失が大幅に低く、かつ透磁率が高いため、高いモータ効率を得られる。一方、アモルファス金属は、金属自体の硬度が高く、脆いことに加え、比較的板厚を薄くして用いられるため、打ち抜き等の加工には不向きである。アキシャルギャップ型モータでは、ステータ３１を、比較的容易に作成できる扇形形状（図２参照）の箔帯を積層した鉄心片３１１により構成することができる。従って、アキシャルギャップ型モータは、複雑な形状の打ち抜き加工を行うことなくステータ３１を作成できるため、アモルファス金属の使用に適している。
エンドブラケット１６の表面１６１には、回転軸１２の軸貫通部１６２に、回転軸１２の軸方向に垂直な端面１６２ａが形成されており、この端面１６２ａに除電ブラシ６０が固定されている。
図３（ａ）に、図１に示すスクロール圧縮機１００の側面図を示し、図３（ｂ）に、図３（ａ）に示す除電ブラシ６０及びその周辺部分を拡大して示す。除電ブラシ６０は、例えばカーボンブラシであり、図３（ｂ）に示すように、軸貫通部１６２の端面１６２ａ内のボルト６１に挿入したネジ６２によりその上端面が押圧されることで、下端面が回転軸１２の表面に圧接されている。
例えばモータ駆動時に、インバータ電源を用いてコイル３１２に電流を流す場合、回転軸１２を高速で回転させると、回転軸１２に軸電圧が発生する。図１に示すように、主軸受３３や反負荷軸受３４等の軸受は、フランジ１５やエンドブラケット１６により保持されており、これらの軸受は、軸受内輪が回転軸１２に接触し、軸受外輪がフランジ１５やエンドブラケット１６と接している。従って、上記したように、回転軸１２に軸電圧が発生すると、フランジ１５やエンドブラケット１６と、回転軸１２との電位差が、軸受の内外輪間に発生する。この電位差が軸受油膜の絶縁耐力を超えると、油膜絶縁破壊により軸受電流が流れて軸受電食が発生する。
実施例に係るスクロール圧縮機１００は、上記したように、回転軸１２の表面に除電ブラシ６０を接触させて接地することにより、回転軸１２に発生した電流を、除電ブラシ６０を介して、ボルト６１、ネジ６２からエンドブラケット１６、モータケーシング１４に放出し、軸電圧を低減することができる。従って、軸受電食の発生を抑制することができる。なお、除電ブラシ６０の固定には、ボルト６１やネジ６２に加え、例えばバネを用いることも可能である。
特にアキシャルギャップ型モータでは、ステータ３１とロータ３２との対向面積が大きいため、静電容量が大きくなり易い。このため、例えばラジアルギャップ型モータと比較して、アキシャルギャップ型モータでは、より高い軸電圧が回転軸１２に発生し易く、軸受電食の発生がより顕著となる。
上記したように、実施例に係るスクロール圧縮機１００では、エンドブラケットに固定した除電ブラシ６０を回転軸１２に圧接しているため、回転軸１２に高い軸電圧が発生した場合でも、この軸電圧を低減し、軸受電食の発生を抑制することができる。
図１及び図３に示す例では、除電ブラシ６０及びこれを固定するネジ６２は、スクロール圧縮機１００の外部に露出するように設けられている。具体的には、モータ１０及び冷却ファン１３の外径側から、エンドブラケット１６と冷却ファン１３との間の空間２０を見たときに、ネジ６２の頭部を視認できるように設けられている。
図１及び図３に示す例では、エンドブラケット１６の表面１６１とファンカバー１３２の端面１３２Ａとの間の距離Ｄは、冷却ファン１３において冷却風を発生させるために必要な外気の吸入量を確保でき、かつ、スクロール圧縮機１００の外部から、例えばドライバー等の工具を空間２０に挿入することが可能な分の大きさが確保されている。
従って、例えば除電ブラシ６０の交換や修理を行うために、エンドブラケット１６から除電ブラシ６０を取り外す際には、モータ１０及び冷却ファン１３の外径側から空間２０に直接ドライバー等の工具を挿し込み、外部に露出しているネジ６２を緩める等の操作をすることで、エンドブラケット１６やファンカバー１３２を取り外すことなく、除電ブラシ６０を容易に取り外すことができる。このため、モータケーシング１４内やファンカバー１３２内に除電ブラシ６０を設置した構成と比較して、除電ブラシ６０の保守性を向上させることができる。
圧縮部１１０は、図１に示すように、固定スクロール４３と、固定スクロール４３と対向配置された旋回スクロール４４とを有している。固定スクロール４３及び旋回スクロール４４は、本体ケーシング４１内に収納されている。
本体ケーシング４１は、両端に開口部を有する筒状体であり、一方の開口部に固定スクロール４３が取り付けられ、他方の開口部にモータ１０が取り付けられている。
固定スクロール４３及び旋回スクロール４４は、それぞれ、鏡板４３Ａ、４４Ａの表面に、渦巻き状のラップ部４３Ｂ、４４Ｂが形成されている。固定スクロール４３のラップ部４３Ｂと、旋回スクロール４４のラップ部４４Ｂとが互いに噛み合わされることにより、圧縮室４５が形成されている。固定スクロール４３のラップ部４３Ｂ及び旋回スクロール４４のラップ部４４Ｂには、それぞれの先端にチップシール４３Ｃ、４４Ｃが設けられている。
旋回スクロール４４の背面には、ボス部４６に旋回軸受４７が設けられている。回転軸１２の偏心部１２ａは、旋回軸受４７に挿入されており、これにより回転軸１２の偏心部１２ａが、旋回スクロール４４に支持されている。
回転軸１２の偏心部１２ａは、回転軸１２の回転運動に伴い偏心運動する。従って、回転軸１２がモータ１０により回転駆動されると、偏心部１２ａと接続された旋回スクロール４４が旋回運動する。
旋回スクロール４４の旋回運動は、回転軸１２の端部に取り付けられたカウンタウェイト１３５の回転により、旋回スクロール４４の偏心が打ち消されることで継続的に行われる。
旋回スクロール４４が旋回運動すると、固定スクロール４３のラップ部４３Ｂと旋回スクロール４４のラップ部４４Ｂとの間に画成された圧縮室４５が連続的に縮小される。これにより、圧縮室４５内に導入された流体が圧縮され、圧縮空気が圧縮部１１０の外部に吐出される。なお、図示省略しているが、複数の圧縮室４５のうちの一つが、流体の吸入口となっており、複数の圧縮室４５のうちの一つが、圧縮流体の吐出口となっている。
以上説明した、実施例に係るスクロール圧縮機１００によれば、エンドブラケット１６の表面１６１に、除電ブラシ６０を固定して設置することで、外気の吸入のために確保されている空間２０を有効活用することができる。上記したように、空間２０から流入した外気は、その大半が、冷却ファン１３の外径側の吸入口から吸入されるため、空間２０における内径側の領域２１は、外気の吸気には殆ど貢献しておらず、実質上、デッドスペースとなっている。実施例に係るスクロール圧縮機１００によれば、除電ブラシ６０を、エンドブラケット１６の表面１６１に固定して設置することで、空間２０におけるデッドスペースである領域２１を有効活用することができる。従って、軸受電食による故障等の弊害を抑制し、かつ圧縮機全体の小型化、省スペース化を図ることができる。
また、エンドブラケット１６の冷却ファン１３との間の空間２０は、内径側の領域２１においてもある程度外気が通過する。このため、この領域２１に除電ブラシ６０を設置することで、除電ブラシ６０の摺動面が外気により冷却される。従って、除電ブラシ６０のブラシ寿命を長寿命化することができる。
また、実施例に係るスクロール圧縮機１００によれば、回転軸１２に高い軸電圧が発生した場合でも、この軸電圧を、除電ブラシ６０により低減することができる。従って、ステータ３１にアモルファス合金を使用したアキシャルギャップ型モータにより、高いモータ効率を得ることができると共に、軸受電食による故障等の弊害を抑制することができる。
また、実施例に係るスクロール圧縮機１００によれば、除電ブラシ６０を、エンドブラケット１６の表面１６１に固定して設置しているため、カウンタウェイト１３５を、冷却ファン１３側の回転軸１２端部に設置することができる。従って、回転軸１２の偏心を相殺するのに必要なカウンタウェイト１３５の重さを低減することができ、カウンタウェイト１３５を軽量化することができる。
即ち、除電ブラシを回転軸の端部に設置した従来の構成では、カウンタウェイト１３５を回転軸１２の端部に設置できず、回転軸１２の端部よりも中心寄りの位置に、カウンタウェイト１３５を設置することが必要になる。この場合には、回転軸１２の偏心を相殺するのに必要なカウンタウェイト１３５の重さが重くなる。
また、実施例に係るスクロール圧縮機１００によれば、除電ブラシ６０を、エンドブラケット１６の表面１６１に固定して設置しているため、ファンカバー１３２を、除電ブラシ６０やモータケーシング１４と導通させる必要がなくなる。従って、ファンカバー１３２として樹脂製のカバーを採用することができ、スクロール圧縮機１００の製造コストを低減することができ、またスクロール圧縮機１００全体を軽量化することができる。
即ち、除電ブラシをファンカバーに接触させて設けた従来の構成では、ファンカバーとして金属製のものを用いることが必要となり、その分、製造コストが高くなる。
なお、実施例に係るスクロール圧縮機１００では、ファンカバー１３２は、必ずしも樹脂製のものに限定されず、金属製のカバーを採用することも可能である。
以上説明した、実施例に係るスクロール圧縮機１００では、モータ１０としてアキシャルギャップ型を採用した構成を例に説明した。但し、これに限定されず、モータ１０として、例えばラジアルギャップ型モータ等の他の構成のモータを用いることも可能である。
１００…スクロール圧縮機、１０…モータ、１１０…圧縮部、１２…回転軸、１２ａ…偏心部、１３…冷却ファン、１３１…回転羽根、１３２…ファンカバー、１３２Ａ…端面、１３５…カウンタウェイト、１４…モータケーシング、１５…フランジ、１６…エンドブラケット、１６１…表面、１６２…軸貫通部、１６２ａ…端面、２０…空間、２１…領域、３１…ステータ、３１１…鉄心片、３１２…コイル、３２…ロータ、３２１…永久磁石、３３…主軸受、３４…反負荷軸受、４１…本体ケーシング、４３…固定スクロール、４４…旋回スクロール、４３Ａ、４４Ａ…鏡板、４３Ｂ、４４Ｂ…渦巻き状のラップ部、４３Ｃ、４４Ｃ…チップシール、４５…圧縮室、４６…ボス部、４７…旋回軸受、６０…除電ブラシ、６１…ボルト、６２…ネジ、Ｄ…距離

Claims (5)

  1. モータケーシング内に収納されたロータと、
    前記モータケーシング内に収納され、前記ロータを回転駆動させるステータと、
    軸受により保持されて前記ロータと一体に回転する回転軸と、
    前記回転軸の一方の端部を貫通させ、前記モータケーシングを閉鎖するエンドブラケットと、
    前記回転軸の他端部を支持し、該回転軸の回転により旋回運動する旋回スクロールと、
    前記旋回スクロールと対向配置された固定スクロールと、
    前記エンドブラケットとの間に間隔を保って前記回転軸の一方の端部に固定されており、ファンカバー内部に収容された回転羽根の回転により、前記ファンカバーの前記エンドブラケットと対面する端面に設けられた吸い込み口から外気を吸込み、前記固定スクロール又は前記旋回スクロールを冷却する冷却風を前記ファンカバー内部で発生させる吸込み式の冷却ファンと、
    前記冷却ファンに対面する前記エンドブラケットに固定され、一端が前記回転軸に接する除電ブラシと、を有することを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 前記除電ブラシと、前記除電ブラシを前記エンドブラケットに固定する固定部材とが、外部に露出されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
  3. 前記回転軸の前記冷却ファン側の端部にカウンタウェイトが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
  4. 前記ステータは、コイルが巻回された鉄心片が周方向に複数配置されており、
    前記ステータと前記ロータとは、前記回転軸に平行な方向に、空隙を挟んで対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
  5. 前記鉄心片は、アモルファス金属により形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
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