WO2022201934A1

WO2022201934A1 - 圧縮機

Info

Publication number: WO2022201934A1
Application number: PCT/JP2022/005140
Authority: WO
Inventors: 俊輔薬師寺; 貴幸萩田
Original assignee: 三菱重工サーマルシステムズ株式会社
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2022-09-29
Also published as: JP2022148607A; CN217206888U; CN117083459A; DE112022001679T5; US20240151232A1

Abstract

圧縮機は、圧縮機本体と、軸線に沿って延びる回転軸を有し、回転軸によって圧縮機本体を駆動する電動機と、圧縮機本体と電動機とを収容するハウジングと、を備え、電動機は、軸線回りに回転可能なロータと、軸線を中心とする環状のステータと、を有し、ハウジングは、ハウジング本体と、ハウジング本体の外側で直径方向に対向する位置に設けられ、他の部分よりも剛性の高い一対の高剛性部と、を有し、ステータは、一対の高剛性部を結ぶ第一直線、及び第一直線に直交する第二直線とハウジングの交点とは異なる位置に設けられた複数の固定点でハウジングの内周面に固定されている。

Description

圧縮機

　本開示は、圧縮機に関する。
　本願は、２０２１年３月２４日に日本に出願された特願２０２１－０５０３５５号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　例えば自動車に搭載される圧縮機の一種として、スクロール圧縮機が知られている。スクロール圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体を駆動する電動機と、これら圧縮機本体、及び電動機を収容するハウジングと、を備えている。電動機は、軸線回りに回転可能なロータと、ロータを外周側から覆うステータと、を有している。ステータは、軸線を中心とする環状をなし、ハウジングの内周面に対してボルト止めや焼き嵌めによって固定されている（例えば下記特許文献１）。

　ハウジングの外周面には、当該スクロール圧縮機を自動車の所定位置に固定するための取付脚が形成されている。このため、取付脚が形成されている部分では、他の部分よりも剛性が高くなっている。通常、取付脚はハウジングの直径方向に対向する位置に一対と、その他の位置にさらに１つ設けられる。モータの駆動に伴う振動モードを考えた場合、直径方向に対向する一対の取付脚を結ぶ第一直線と、この第一直線に直交する第二直線を短軸、又は長軸とする楕円モードの振動が生じることが知られている。さらに、環状であることから、ステータにも楕円モードの振動が発生することが知られている。

特許第２７１９８１９号公報

　上記のようなハウジングとステータの振動モードが重畳された場合、振動が発散してしまい、圧縮機の騒音が大きくなる虞がある。

　本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、騒音がさらに低減された圧縮機を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本開示に係る圧縮機は、圧縮機本体と、軸線に沿って延びる回転軸を有し、該回転軸によって該圧縮機本体を駆動する電動機と、前記軸線を中心とする円筒状をなし、前記圧縮機本体と前記電動機とを収容するハウジングと、を備え、前記電動機は、前記軸線回りに回転可能なロータと、前記軸線を中心とする環状のステータと、を有し、前記ハウジングは、ハウジング本体と、該ハウジング本体の外側で前記軸線に対する直径方向に対向する位置に設けられ、他の部分よりも剛性の高い一対の高剛性部と、を有し、前記ステータは、前記一対の高剛性部を結ぶ第一直線、及び該第一直線に直交する第二直線と前記ハウジングの交点とは異なる位置に設けられた複数の固定点で前記ハウジングの内周面に固定されている。

　本開示によれば、騒音がさらに低減された圧縮機を提供することができる。

本開示の実施形態に係る圧縮機の構成を示す断面図である。図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図である。本開示の実施形態に係る圧縮機の変形例を示す断面図である。

（圧縮機の構成）
　以下、本開示の実施形態に係る圧縮機としてのスクロール圧縮機１００について、図１と図２を参照して説明する。スクロール圧縮機１００は、例えば車両用の空調装置の冷媒を圧縮するために用いられる。図１に示すように、スクロール圧縮機１００は、シャフト１（回転軸）と、モータ２（電動機）と、圧縮機本体３と、ハウジング４と、カバー５と、上部軸受６と、下部軸受７と、ドライブブッシュ８と、を備えている。

（シャフトの構成）
　シャフト１は、軸線Ｏに沿って延びるとともに、当該軸線Ｏ回りに回転可能とされている。シャフト１は、シャフト本体１０と、小径部１１と、大径部１２と、偏芯軸部１３と、を有している。シャフト本体１０は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなしている。シャフト本体１０は、軸線Ｏ方向の全域にわたって一様な径寸法を有している。シャフト本体１０の外周面には、モータ２のロータ２１（後述）が取り付けられている。

　軸線Ｏ方向におけるシャフト本体１０の一方側（下側）には、小径部１１が設けられている。小径部１１は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなすとともに、シャフト本体１０よりも小さな径寸法を有している。小径部１１は、ハウジング４に取り付けられた下部軸受７によって軸線Ｏ方向一方側（下側）から支持されている。

　シャフト本体１０の軸線Ｏ方向他方側（上側）には、大径部１２が設けられている。大径部１２は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなすとともに、シャフト本体１０よりも大きな径寸法を有している。大径部１２は、ハウジング４に固定された上部軸受６によって径方向から支持されている。

　大径部１２のさらに上側（軸線Ｏ方向他方側）には、偏芯軸部１３が設けられている。偏芯軸部１３は、大径部１２から軸線Ｏ方向他方側に向かって突出している。偏芯軸部１３は、軸線Ｏと平行をなすとともに、当該軸線Ｏから径方向にずれた位置に延びる偏芯軸Ａを中心とする円柱状をなしている。したがって、シャフト１が回転するとき、偏芯軸部１３は軸線Ｏ回りに公転（旋回）する。

（モータの構成）
　モータ２は、シャフト１に回転駆動力を与える。モータ２は、ロータ２１と、ステータ２２と、を有している。ロータ２１は、シャフト本体１０に固定されている。ロータ２１は、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。詳しくは図示しないが、ロータ２１は、複数の磁石を有している。ステータ２２は、このロータ２１を外周側から覆っている。ステータ２２は、複数の鋼板を軸線Ｏ方向に積層し、さらに銅線を巻回する（コイルを構成する）ことで形成されている。ステータ２２に通電することで、ステータ２２とロータ２１との間に電磁力が発生し、ロータ２１に軸線Ｏ回りの回転力が与えられる。これにより、シャフト１が軸線Ｏ回りに回転する。

（圧縮機本体の構成）
　圧縮機本体３は、モータ２によるシャフト１の回転によって駆動する。圧縮機本体３は、固定スクロール３１と、可動スクロール３２と、を有している。固定スクロール３１は、軸線Ｏを中心とする円盤状の第一端板３１ａと、この第一端板３１ａの軸線Ｏ方向一方側（下側）に設けられた第一渦巻板３１ｂと、を有している。第一渦巻板３１ｂは、軸線Ｏを中心として渦巻状に延びている。固定スクロール３１は、ハウジング４に固定されている。

　可動スクロール３２は、円盤状の第二端板３２ａと、この第二端板３２ａの軸線Ｏ方向他方側（上側）に設けられた第二渦巻板３２ｂと、ボス部３２ｃと、を有している。第二渦巻板３２ｂは、軸線Ｏを中心として渦巻状に延びている。第二渦巻板３２ｂの軸線Ｏ方向の寸法は、上述した第一渦巻板３１ｂの軸線Ｏ方向の寸法と同等である。このように第一渦巻板３１ｂと第二渦巻板３２ｂとが軸線Ｏ方向から噛み合うことで、両者の間に圧縮室が形成されている。

　ボス部３２ｃは、第二端板３２ａから軸線Ｏ方向一方側（下側）に向かって突出する円筒状の部分である。ボス部３２ｃは、ドライブブッシュ８を介してシャフト１の偏芯軸部１３に取り付けられている。偏芯軸部１３が軸線Ｏ回りに旋回することで、ドライブブッシュ８を通じて旋回力が可動スクロール３２に伝達される。これにより、可動スクロール３２は軸線Ｏ回りに旋回する。なお、詳しくは図示しないが、可動スクロール３２自身の回転（自転）は、オルダムリングによって規制されている。

　可動スクロール３２が旋回することによって、上述の圧縮室の容積が時間変化し、当該圧縮室内を径方向外側から内側に冷媒が送られる中途で圧縮され、圧力が上がる。高圧状態となった冷媒は、固定スクロール３１の第一端板３１ａに形成された開口部Ｈを通じてハウジング４内に導かれる。

　ハウジング４は、ハウジング本体４１と、取付脚４２（高剛性部）と、を有している。ハウジング本体４１は、シャフト１、モータ２、及び圧縮機本体３を収容する有底円筒状の容器である。取付脚４２は、スクロール圧縮機１００を所定の位置に固定するための部材である。取付脚４２は、図２に示すように、軸線Ｏを通る直径方向に対向する位置に一対設けられている。ハウジング本体４１のうち、取付脚４２が設けられている部分では、肉厚となる分だけ他の部分よりも剛性が高くなっている。

　カバー５は、ハウジング本体４１の軸線Ｏ方向一方側（下側）に取り付けられている。詳しくは図示しないが、カバー５の内側には、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）等を含む電装品が収容される。

（ステータとハウジングの関係）
　図２に示すように、モータ２のステータ２２は、ハウジング４の内周面４ｓに対して、焼き嵌めによって固定されている。より詳細には、ステータ２２の外周面２２ｓは、ハウジング４の内周面４ｓに対して、等間隔をあけて正方形状に配置された４つの固定点Ｐによって締まり嵌めされた状態となっている。ここで、上述した一対の取付脚４２を結ぶ直線を第一直線Ｌ１と呼び、当該第一直線Ｌ１に直交する直線を第二直線Ｌ２と呼ぶ。

　ハウジング本体４１は円形断面を有することから、これら第一直線Ｌ１、及び第二直線Ｌ２を長軸、又は短軸とする楕円モードの振動が生じやすい。４つの固定点Ｐは、これら第一直線Ｌ１、及び第二直線Ｌ２とハウジング本体４１との交点とは異なる位置にそれぞれ配置されている。言い換えれば、４つの固定点Ｐは、第一直線Ｌ１、第二直線Ｌ２上には位置していない。また、これら固定点Ｐは、第一直線Ｌ１と第二直線Ｌ２に対して４５°回転した位置に設けられている。したがって、いずれの固定点Ｐも第一直線Ｌ１、第二直線Ｌ２とハウジング本体４１との交点から幾何的に最も離間している。

（作用効果）
　ここで、スクロール圧縮機１００の運転中には、ハウジング本体４１に加えて、ステータ２２にも上述した楕円モードの振動が生じることが知られている。ハウジング本体４１の楕円モードと、ステータ２２の楕円モードとが重畳されてしまった場合（つまり、これら２つの楕円モードの長軸方向と短軸方向とが互いに一致している場合）、両者の振動が合成されてしまい、最終的に発散してしまう虞がある。

　そこで、本実施形態では、４つの固定点Ｐは、これら第一直線Ｌ１、及び第二直線Ｌ２とハウジング本体４１との交点とは異なる位置にそれぞれ配置されている。これにより、ハウジング本体４１の楕円モードと、ステータ２２の楕円モードとの間で短軸と長軸が互いに重なることがない。これにより、振動が発散してしまう可能性を低減することができる。その結果、スクロール圧縮機１００の騒音を低減することができる。

　また、上記構成によれば、複数の固定点Ｐが等間隔に配置されていることから、ステータ２２の変形に周方向の偏りが生じにくくなる。その結果、楕円モードの振動の発生をさらに抑制することができる。

　ここで、電動機は３相交流で駆動されることが一般的である。このため、仮に固定点の個数が３の倍数である場合、それぞれの電流に基づく電磁力によって励起される振動が時間経過とともに共振したり、発達したりしてしまう可能性がある。しかしながら、上記の構成によれば、３の倍数ではなく、正方形状に４つの固定点が設けられていることから、このような可能性を低減することができる。

　以上、本開示の実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、固定点Ｐによってステータ２２をハウジング４に焼き嵌めした例について説明した。しかしながら、固定点Ｐの態様は焼き嵌めに限定されず、ボルトによってステータ２２をハウジング４に締結する構成を採ることも可能である。

　さらに、上記実施形態では、４つの固定点Ｐが正方形状に配置されている例について説明した。しかしながら、変形例として図３に示すように、正五角形状に５つの固定点Ｐを配置することも可能である。この場合も、いずれの固定点Ｐも第一直線Ｌ１、第二直線Ｌ２上には位置していない。この構成によっても、正方形状に配置された４つの固定点Ｐと同様に、３相交流に基づく振動に対して共振を生じる可能性を低減することができる。

＜付記＞
　各実施形態に記載の圧縮機（スクロール圧縮機１００）は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る圧縮機は、圧縮機本体３と、軸線Ｏに沿って延びる回転軸（シャフト１）を有し、該回転軸によって該圧縮機本体３を駆動する電動機（モータ２）と、前記軸線Ｏを中心とする円筒状をなし、前記圧縮機本体３と前記電動機とを収容するハウジング４と、を備え、前記電動機は、前記軸線Ｏ回りに回転可能なロータ２１と、前記軸線Ｏを中心とする環状のステータ２２と、を有し、前記ハウジング４は、ハウジング本体４１と、該ハウジング本体４１の外側で前記軸線Ｏに対する直径方向に対向する位置に設けられ、他の部分よりも剛性の高い一対の高剛性部（取付脚４２）と、を有し、前記ステータ２２は、前記一対の高剛性部を結ぶ第一直線Ｌ１、及び該第一直線Ｌ１に直交する第二直線Ｌ２と前記ハウジング４の交点とは異なる位置に設けられた複数の固定点Ｐで前記ハウジング４の内周面に固定されている。

　上記構成によれば、ハウジング４の振動の楕円モードと、ステータ２２の振動の楕円モードが互いに重なることがない。これにより、振動が発散してしまう可能性を低減することができる。

（２）第２の態様に係る圧縮機では、前記複数の固定点Ｐは、前記軸線Ｏに対する周方向に等間隔をあけて配置されている。

　上記構成によれば、複数の固定点Ｐが等間隔に配置されていることから、ステータ２２の変形に周方向の偏りが生じにくくなる。その結果、楕円モードの振動の発生をさらに抑制することができる。

（３）第３の態様に係る圧縮機では、前記複数の固定点Ｐは、正方形状に配置されている。

　ここで、電動機は３相交流で駆動されることが一般的である。このため、仮に固定点Ｐの個数が３の倍数である場合、それぞれの電流に基づく電磁力によって励起される振動が時間経過とともに発達してしまう可能性がある。しかしながら、上記の構成によれば、３の倍数ではなく、正方形状に４つの固定点Ｐが設けられていることから、このような可能性を低減することができる。

（４）第４の態様に係る圧縮機では、前記複数の固定点Ｐは、正五角形状に配置されている。

　ここで、電動機は３相交流で駆動されることが一般的である。このため、仮に固定点Ｐの個数が３の倍数である場合、それぞれの電流に基づく電磁力によって励起される振動が時間経過とともに発達してしまう可能性がある。しかしながら、上記の構成によれば、３の倍数ではなく、正五角形状に５つの固定点Ｐが設けられていることから、このような可能性を低減することができる。

１００　スクロール圧縮機
１　シャフト
２　モータ
３　圧縮機本体
４　ハウジング
４ｓ　内周面
５　カバー
６　上部軸受
７　下部軸受
８　ドライブブッシュ
１０　シャフト本体
１１　小径部
１２　大径部
１３　偏芯軸部
２１　ロータ
２２　ステータ
２２ｓ　外周面
３１　固定スクロール
３１ａ　第一端板
３１ｂ　第一渦巻板
３２　可動スクロール
３２ａ　第二端板
３２ｂ　第二渦巻板
３２ｃ　ボス部
４１　ハウジング本体
４２　取付脚
Ａ　偏芯軸
Ｈ　開口部
Ｌ１　第一直線
Ｌ２　第二直線
Ｏ　軸線
Ｐ　固定点

Claims

　圧縮機本体と、
　軸線に沿って延びる回転軸を有し、該回転軸によって該圧縮機本体を駆動する電動機と、
　前記軸線を中心とする円筒状をなし、前記圧縮機本体と前記電動機とを収容するハウジングと、
を備え、
　前記電動機は、
　前記軸線回りに回転可能なロータと、
　前記軸線を中心とする環状のステータと、
を有し、
　前記ハウジングは、
　ハウジング本体と、
　該ハウジング本体の外側で前記軸線に対する直径方向に対向する位置に設けられ、他の部分よりも剛性の高い一対の高剛性部と、
を有し、
　前記ステータは、前記一対の高剛性部を結ぶ第一直線、及び該第一直線に直交する第二直線と前記ハウジングの交点とは異なる位置に設けられた複数の固定点で前記ハウジングの内周面に固定されている圧縮機。
　前記複数の固定点は、前記軸線に対する周方向に等間隔をあけて配置されている請求項１に記載の圧縮機。
　前記複数の固定点は、正方形状に配置されている請求項１又は２に記載の圧縮機。
　前記複数の固定点は、正五角形状に配置されている請求項１又は２に記載の圧縮機。