WO2011058848A1

WO2011058848A1 - ベーン型ロータリコンプレッサ

Info

Publication number: WO2011058848A1
Application number: PCT/JP2010/068146
Authority: WO
Inventors: 博匡島口; 貴司久保; 潤一郎寺澤
Original assignee: カルソニックカンセイ株式会社
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-05-19
Also published as: EP2500571A1; CN102612600A; US20120224986A1; EP2500571B1; EP2500571A4; JP5589358B2; JP2011106278A; US9033675B2; WO2011058848A9

Abstract

ベーン型ロータリコンプレッサは、楕円の内壁形状を有するシリンダ室と、前記シリンダ室内に回転可能に配置されたロータと、前記ロータの回転に伴いシリンダ室の内壁面と接触するようにロータに保持されたベーンと、前記ロータの回転中心を通る径線に対して、前記ロータの逆回転方向側にオフセットされて、前記ロータに設けられたベーン溝と、前記ロータの回転を制御するコントローラとを備えている。前記コントローラは、前記コンプレッサの起動時に、前記ロータを所定時間逆回転させる。上記コンプレッサによれば、ベーンをベーン溝から確実に突出させ、別部材を設けることなく、チャタリングを防止できる。また、ベーンの加工が容易で低コストで製造できる。

Description

ベーン型ロータリコンプレッサ

　本発明は、ベーン型ロータリコンプレッサに関する。

　従来のベーン型ロータリコンプレッサでは、運転中は、ベーンの背圧空間に中間圧が導入されて、ベーンはベーン溝から突出される。また、停止後には、コンプレッサ内の圧力は均圧となるので、中間圧でベーンを突出させる力は作用しない。このため、先端が上方を向いているベーンは、その自重でベーン溝内の潤滑油をクリアランスを通じて押し出しながらベーン溝内に収容される。この状態からコンプレッサが起動されると、ベーンにはベーン溝から突出しようとする遠心力が作用する。ベーンがベーン溝から突出するには背圧空間の体積が増える必要があるが、クリアランスから背圧空間に導入される潤滑油量が追従できずに背圧空間が負圧となる。この結果、ベーンの先端がシリンダ室の内壁と常に接触するようにベーンが十分に突出せず、ベーンとシリンダ室の内壁とが離間と衝突とを繰り返して騒音（チャタリング）が生じることがあった。

　下記特許文献１には、チャタリングを防ぐ機構を備えたコンプレッサが開示されている。このコンプレッサは、楕円内壁を有するシリンダ室と、シリンダ室内に回転可能に配置されたロータと、ロータの回転に伴ってシリンダ室の内壁と接触するようにロータに保持されたベーンとを備えている。ロータにはベーンを収容するベーン溝が設けられている。ベーン溝の底部には、ピンが突設された支持板が取り付けられており、ベーンを外方に付勢するコイルスプリングがピンに挿入されている。

　ロータがシリンダ室内で回転すると、遠心力に加えてコイルスプリングの付勢力によってベーンがベーン溝から十分に突出され、ベーンの先端がシリンダ室の内壁と確実に接触する。この結果、シリンダ室の内壁とベーンとで囲まれる空間内に導入された冷媒が確実に圧縮される。

　すなわち、このコンプレッサでは、コイルスプリングを配設することで、コンプレッサ起動時のチャタリングを防いでいる。

日本国実公平８－５３８号公報

　しかし、特許文献１に開示されたコンプレッサでは、別部材であるコイルスプリングを配設しなければならない。また、コイルスプリングの配設によって組み付け工数が増えてコストが高くなる。しかも、コイルスプリングの取り付けのためにベーンの加工が複雑になる。

　従って、本発明の目的は、コイルスプリング等の別部材を設けることなく、チャタリングを防止でき、かつ、ベーンの加工が容易で低コストで製造することのできるベーン型ロータリコンプレッサを提供することにある。

　本発明の特徴は、楕円の内壁形状を有するシリンダ室と、前記シリンダ室内に回転可能に配置されたロータと、前記ロータの回転に伴いシリンダ室の内壁面と接触するようにロータに保持されたベーンと、前記ロータの回転中心を通る径線に対して、前記ロータの逆回転方向側にオフセットされて、前記ロータに設けられたベーン溝と、前記ロータの回転を制御するコントローラとを備え、前記コントローラが、前記コンプレッサの起動時に、前記ロータを所定時間逆回転させる、ベーン型ロータリコンプレッサを提供する。

　上記特徴によれば、コンプレッサの起動時にロータを逆回転させることで、ベーンをベーン溝から突出させる方向に力が有効に作用する。従って、ベーン溝内の背圧空間に負圧が発生して、背圧空間に冷媒や潤滑油が導入され、ベーンがベーン溝から円滑に突出される。このように、コンプレッサの起動時にベーンがベーン溝から円滑に突出されるため、チャタリングが防される。また、ベーンやベーン溝への特別な加工が必要なく、低コストでコンプレッサを製造できる。

　ここで、前記コントローラが、正回転速度よりも遅い速度で前記ロータを逆回転させることが好ましい。

このようにすれば、正回転速度よりも遅い速度でロータを逆回転させることで、クリアランスから背圧空間内に潤滑油や冷媒の導入時間を確保することができる。この結果、背圧空間に潤滑油や冷媒をより確実に導入でき、コンプレッサ起動時にベーンをベーン溝から確実に突出させることができる。

　また、前記コントローラが、前記ロータを１０ｒｐｍ以下で逆回転させることがさらに好ましい。

　ロータの逆回転速度が１０ｒｐｍを超えると、ベーンが十分に突出される前にシリンダ室の楕円端渓部近傍の内壁面と接触してしまう。逆回転速度が１０ｒｐｍ以下であれば、ベーンが十分に突出される。

第１実施形態のコンプレッサの全体断面図である。前記コンプレッサの圧縮機構の断面図である。（ａ）はベーン溝のオフセット状態を示すシリンダブロックの拡大断面図であり、（ｂ）はベーンがベーン溝に収容されている状態を示すシリンダブロックの拡大断面図であり、（ｃ）はコンプレッサ起動時におけるロータの逆回転を示すシリンダブロックの部分拡大断面図である。第１実施形態のコンプレッサのブロック図である。前記コンプレッサの制御フローチャートである。第２実施形態コンプレッサのブロック図である。

　以下、実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

〔第１実施形態〕
　図１及び図４に示されるように、本実施形態のベーン式ロータリコンプレッサ１は、圧縮機構２と、電動モータ３と、インバータ４と、インバータ４を介して電動モータ３を制御するコントローラ１５とを、主構成として備えている。コンプレッサ１のハウジング５は、フロントハウジング５ａ、ミドルハウジング５ｂ、及び、リヤハウジング５ｃからなる。これらのハウジング５ａ～５ｃが互いに結合されることでハウジング５の内部に密閉された内部空間が形成され、この内部空間内に圧縮機構２及び電動モータ３が収容される。前記内部空間は、圧縮機構２により区画されており、圧縮機構２の一方側（図１中左側）に冷媒の吸入室が設けられ、他方側（図１中右側）に冷媒の吐出室が設けられている。冷媒の吐出室には、電動モータ３が配置されている。

　図２に示されるように、圧縮機構２は、同心ロータ式のコンプレッサ１であり、シリンダブロック６、ロータ７、ベーン８、一対のサイドブロック９、及び、駆動軸１０を主構成として備えている。シリンダブロック６は、楕円形状の滑らかな内壁面１１を持つシリンダ室１２を有している。ロータ７は、シリンダ室１２の中心に回転可能に配設されている。

　図２及び図３に示されるように、ロータ７には、ロータ７の回転中心Ｏを通る径線[radial line]から距離Ｌだけオフセットされた５個のベーン溝１３が形成されている。ベーン溝１３にはベーン８がそれぞれスライド自在に収容されている。ベーン溝１３は、ロータ７の正回転[normal rotation]方向Ａに対して逆回転[reverse rotation]方向Ｂ側に平行にオフセットして設けられている。このオフセットによって、冷媒を圧縮する効率が高められ得る。また、ベーン溝１３の底部と後述するベーン８の後端部８ｂとの間には、潤滑油が供給される背圧空間１４が設けられている。

　ベーン８は、ロータ７に形成されたベーン溝１３に収容され、ロータ７の回転によって突出され、その先端部８ａをシリンダ室１２の内壁面１１と接触させて摺動して冷媒を圧縮する。

　一対のサイドブロック９（図１参照）は、シリンダブロック６を挟むようにして配置されており、ボルト等によってシリンダブロック６と結合されている。

　駆動軸１０は、ロータ７の中心を貫通するように配置されており、電動モータ３によって回転され、この回転力をロータ７に伝達する。

　図４のブロック図に示されるように、コンプレッサ１では、コントローラ１５、インバータ４、電動モータ３、圧縮機構２がそれぞれ接続されている。電動モータ３は、インバータ４を介してコントローラ１５によって制御されている。なお、コンプレッサ１は、空調システム[air conditioning system]で用いられており、コントローラ１５は、外部のＡ／Ｃアンプ[air conditioning amplifier]と接続されている。

　次に、コンプレッサ１の動作を説明する。図５に示されるように、エアコンが起動されたか否かが判断され（ステップＳ１）、コンプレッサ１の起動指令が生成されている場合（ステップＳ１でＹｅｓ）は、ベーン溝１３に収容されているベーン８がベーン溝１３から突出しているか否かが判断される（ステップＳ２）。上述したように、特に上部に位置したベーン８は、その自重によってベーン溝１３に収容される場合がある（図３（ａ）～（ｃ）参照）。ベーン８がベーン溝１３から突出している場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、ロータ７は正回転されて冷媒を圧縮する（ステップＳ３）。

　これに対して、ベーン８がベーン溝１３から突出していない場合（ステップＳ２でＮｏ）、ロータ７は逆回転される（ステップＳ４）。次に、ロータ７の逆回転が所定時間経過したか否かが判断される（ステップＳ５）。所定時間が経過していない場合（ステップＳ５でＮｏ）、処理はステップＳ４に戻って逆回転が継続される。一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、逆回転が停止され（ステップＳ６）、その後、ロータ７が正回転される（ステップＳ３）。そして、エアコンが停止されたか否かが判断され（ステップＳ７）、エアコンが停止された場合（ステップＳ７でＹｅｓ）は処理が終了する。

　すなわち、コンプレッサ１では、ベーン８がベーン溝１３から突出していない場合には、ロータ７が逆回転される。ロータ７の逆回転によってベーン８とサイドブロック９との間に摩擦力や潤滑油の粘性力が発生する。この結果、図３（ｃ）に示されるように、回転に対する接線方向の力ｆ１がベーン８に作用する。力ベクトルｆ１の分力ベクトルｆ２が、ベーン８をベーン溝１３から突出させる力として作用する。なお、ロータ７の逆回転による遠心力もベーン８を突出させるように作用する。ロータ７の正回転では、このような、ベーン８を突出させる方向に作用する分力ベクトルｆ２は作用しない。

　このように、コンプレッサ１の起動時にロータ７を所定時間逆回転させることで、ベーン８をベーン溝１３から突出させる力を作用させる。この力によって、背圧空間１４内には負圧も発生し、背圧空間１４に潤滑油や冷媒が導入されやすくなる。従って、摩擦力や粘性力による作用及び背圧生成の促進（さらに、遠心力）によって、ベーン８をベーン溝１３から確実に突出させることができる。したがって、ベーン８がベーン溝１３から確実に突出されるので、チャタリングが防止され得る。また、ベーン８やベーン溝１３の特別な加工が必要なく、低コストでコンプレッサ１を製造することができる。

　さらに、コントローラ１５がロータ７を正回転速度（定常運転時の正回転速度）よりも遅い速度で逆回転させることで、ベーン８をベーン溝１３からより確実に突出させることができる。すなわち、ロータ７を正回転速度よりも遅い速度で逆回転させることで、背圧空間１４内に負圧を発生させてクリアランスから背圧空間１４への潤滑油や冷媒の導入時間を確保することができる。

　なお、逆回転の速度が速すぎる場合には、ロータ７の上部に位置するベーン溝１３内に収納されていたベーン８（図３（ｃ）参照）がベーン溝１３から充分に突出される前にその先端部８ａが楕円短径部近傍で内壁面１１と衝突してしまうため、ベーン８がベーン溝１３から円滑に突出されない。従って、ロータ７の逆回転速度を１０ｒｐｍ以下にすることで、ベーン８をベーン溝１３からさらに確実に突出させることができる。

〔第２実施形態〕
　次に、第２実施形態のコンプレッサ１を図６を参照しつつ説明する。

　上述した第１実施形態では、コントローラ１５は、圧縮機構２の駆動源として電動モータ３を制御することで、ロータ７を正回転／逆回転させた。本実施形態では、駆動源３０からの駆動力の圧縮機構２への伝達に歯車機構３１が用いられている。そして、コントローラ１５は、歯車機構３１を制御することで、ロータ７を正回転／逆回転させる。

　図６に示されるように、歯車機構３１は、駆動源３０からの回転駆動力で回転される正回転回転軸３２及び逆回転回転軸３３と、正回転回転軸３２に設けられた正回転歯車セット３４と、逆回転回転軸３３に設けられた逆回転歯車セット３５とを備えている。

　正回転歯車セット３４は、正回転第１歯車３４ａ及び正回転第２歯車３４ｂを有しており、こららの歯車３４ａ及び３４ｂを介して圧縮機構２と連結されている。逆回転歯車セット３５は、逆回転第１歯車３５ａ、逆回転第２歯車３５ｂ及び逆回転第３歯車３５ｃを有しており、これらの歯車３５ａ～３５ｃを介して圧縮機構２と連結されている。

　コントローラ１５は、上述した第１実施形態と同様に、エアコンの起動時に、ベーン８がベーン溝１３から突出しているか否かを検出する。ベーン８がベーン溝１３から突出していない場合、逆回転歯車セット３５の逆回転第１～第３歯車３５ａ～３５ｃを介して圧縮機構２のロータ７を逆回転させる。ロータ７を正回転させるときは、正回転第１及び第２歯車３４ａ及び３４ｂを用いる。このようにすれば、駆動源３０は単純な機構のものを用いることができる（駆動源３０がモータである場合などは、正回転しかできないモータも使用できる）。ロータ７を逆回転させる効果については、上述した第１実施形態と同様である。

Claims

　ベーン型ロータリコンプレッサであって、
　楕円の内壁形状を有するシリンダ室と、
　前記シリンダ室内に回転可能に配置されたロータと、
　前記ロータの回転に伴ってシリンダ室の内壁面と接触するようにロータに保持されたベーンと、
　前記ロータの回転中心を通る径線に対して、前記ロータの逆回転方向側にオフセットされて、前記ロータに設けられたベーン溝と、
　前記ロータの回転を制御するコントローラとを備え、
　前記コントローラが、前記コンプレッサの起動時に、前記ロータを所定時間逆回転させる。
　請求項１に記載のコンプレッサであって、
　前記コントローラが、正回転速度よりも遅い速度で前記ロータを逆回転させる。
　請求項１または２に記載のコンプレッサであって、
　前記コントローラが、前記ロータを１０ｒｐｍ以下で逆回転させる。
　請求項１～３の何れか１項に記載のコンプレッサであって、
　前記ロータを回転させる駆動源としての電動モータをさらに備え、
　前記コントローラが、前記電動モータの回転方向を制御して、前記ロータを逆回転させる。
　請求項１～３の何れか１項に記載のコンプレッサであって、
　前記ロータを回転させる駆動源と、
　前記駆動源と前記ロータとの間に配設され、前記駆動源から前記ロータに伝達される回転力の回転方向を切り換える歯車機構と、をさらに備え、
　前記コントローラが、前記歯車機構を制御して、前記ロータを逆回転させる。