JP6262101B2 - 回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。

従来、電動機部とこの電動機部に連結された回転軸により駆動される圧縮機構部とが密閉ケース内に収容され、圧縮機構部でガス冷媒等の作動流体を圧縮する回転式圧縮機が知られている。このような回転式圧縮のなかには、圧縮機構部に、回転軸の軸方向に配列された三つのシリンダと、回転軸を軸支する少なくとも三つの軸受部とを有するものが知られている（下記特許文献１、２参照）。

特開２０１２−１２２４００号公報 特許第４５９４３０２号公報

しかしながら、圧縮機構部に三つのシリンダと三つ以上の軸受部とを設けた場合、三つ以上の軸受部を調芯することは容易でなく、回転式圧縮機の組立に多大な手間がかかる。また、三つのシリンダを設けることにより回転軸の長さが長くなるため、回転軸の曲がりや変形等が生じやすくなる。

本発明の実施形態の目的は、少なくとも三つの軸受部を用いて回転軸を軸支する回転式圧縮機において、それらの軸受部の調芯を容易に行えるようにし、しかも、回転軸の傾きや振れ回りの発生を抑制することである。

実施形態の回転式圧縮機は、電動機部とこの電動機部に連結された回転軸により駆動される圧縮機構部とが密閉ケース内に収容され、圧縮機構部で作動流体を圧縮する回転式圧縮機において、圧縮機構部は、回転軸の軸方向に配列されて回転軸を囲む少なくとも三つのシリンダと、各シリンダの両端を閉塞して各シリンダ内にシリンダ室を形成する閉塞部材と、回転軸の各シリンダ室内に位置する部分に設けられた偏心部と、偏心部に嵌合されて回転軸の回転に伴い各シリンダ室内で偏心回転するローラと、各シリンダ室内を周方向に吸込室と圧縮室とに二分するブレードとを有し、回転軸は閉塞部材の少なくとも三つに設けられた軸受部により軸支され、軸受部の内周面と回転軸の外周面との間の摺動部分のクリアランスを“Ｃ”、軸受部の内周面と回転軸の外周面との間の摺動部分の軸方向の長さを“Ｌ”とした場合、電動機部の最も近くに位置する軸受部の“Ｃ／Ｌ”の値は、他の軸受部の“Ｃ／Ｌ”の値より小さいことを特徴とする。

断面で示した回転式圧縮機を含む冷凍サイクル装置の構成図である。 シリンダの部分を示す水平断面図である。 軸受部の内周面と回転軸の外周面との間のクリアランス“Ｃ”についての説明図である。

実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は冷凍サイクル装置１の全体構成を示しており、この冷凍サイクル装置１は、圧縮機本体２とアキュムレータ３とを有して作動流体であるガス冷媒を圧縮する回転式圧縮機４と、圧縮機本体２に接続されて圧縮機本体２から吐出された高圧・高温のガス冷媒を凝縮して液冷媒にする凝縮器５と、凝縮器５に接続されて液冷媒を減圧する膨張装置６と、膨張装置６とアキュムレータ３との間に接続されて膨張した液冷媒を蒸発させる蒸発器７とを有している。アキュムレータ３と圧縮機本体２とは、ガス冷媒が流れる吸込流路８により接続されている。

圧縮機本体２は、円筒状に形成された密閉ケース９を有し、密閉ケース９内には、上方側に位置する電動機部１０と、電動機部１０に連結されて上下方向に中心線を有する回転軸１１と、回転軸１１を介して電動機部１０により駆動される圧縮機構部１２とが収容されている。

電動機部１０は、回転軸１１が固定された回転子１３と、密閉ケース９の内周部に固定されて回転子１３を囲む位置に配置された固定子１４とを有している。回転子１３には永久磁石（図示せず）が設けられ、固定子１４には通電用のコイル（図示せず）が巻かれている。コイルに通電されることにより、回転子１３と回転軸１１とが一体に回転する。

圧縮機構部１２は、ガス冷媒を圧縮する部分であり、回転軸１１の軸方向に配列された三つのシリンダ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有している。各シリンダ１５ａ、１５ｂ、１５ｃにおける回転軸１１の軸方向に沿った両端は閉塞部材（主軸受１６、第１仕切板１７、第２仕切板１８、副軸受１９）により閉塞され、両端を閉塞された各シリンダ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ内にシリンダ室２０ａ、２０ｂ、２０ｃが形成されている。これらの閉塞部材（主軸受１６、第１仕切板１７、第２仕切板１８、副軸受１９）には回転軸１１が貫通されており、回転軸１１は、主軸受１６に設けられた軸受部１６ａと、第２仕切板１８に設けられた軸受部１８ａと、副軸受１９に設けられた軸受部１９ａとにより軸支されている。なお、第１仕切板１７にも軸受部を設けても良く、閉塞部材の少なくとも三つに軸受部を設ければよい。

回転軸１１における各シリンダ室２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内に位置する部分には偏心部２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設けられ、各偏心部２１ａ、２１ｂ、２１ｃにはローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃが嵌合されている。各ローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、回転軸１１の回転時に外周面を各シリンダ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの内周面に油膜を介して線接触させながら偏心回転するように配置されている。

また、各シリンダ室２０ａ、２０ｂ、２０ｃには、各シリンダ室２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内を周方向に沿って吸込室２３と圧縮室２４とに二分するブレード２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられている。吸込室２３と圧縮室２４については後述する図３において説明する。

主軸受１６には、シリンダ室２０ａ内で圧縮されたガス冷媒が吐出される吐出ポート２６と、吐出ポート２６を開閉する吐出弁２７とが設けられている。また、主軸受１６には、吐出ポート２６から吐出されたガス冷媒が流入する主軸受側マフラ２８が取付けられている。主軸受側マフラ２８内に流入したガス冷媒は、主軸受側マフラ２８に形成された流出口２９から密閉ケース９内に流出するようになっている。

第１仕切板１７には、シリンダ室２０ｂ内で圧縮されたガス冷媒が吐出される吐出ポート３０と、吐出ポート３０を開閉する吐出弁３１とが設けられている。第１仕切板１７内には、吐出ポート３０から吐出されたガス冷媒が流入する仕切板内空間３２が形成されている。仕切板内空間３２内と主軸受側マフラ２８内とは連通路３３により連通され、吐出ポート３０から吐出されて仕切板内空間３２内に流入したガス冷媒は、連通路３３内を通って主軸受側マフラ２８内に流入するようになっている。

副軸受１９には、シリンダ室２０ｃ内で圧縮されたガス冷媒が吐出される吐出ポート３４と、吐出ポート３４を開閉する吐出弁３５とが設けられている。また、副軸受１９には、吐出ポート３４から吐出されたガス冷媒が流入する副軸受側マフラ３６が取付けられている。副軸受側マフラ３６内と仕切板内空間３２とは、図示しない連通路により連通され、吐出ポート３４から吐出された副軸受側マフラ３６内に流入したガス冷媒は、仕切板内空間３２を経由して主軸受側マフラ２８内に流入するようになっている。

図２は、圧縮機構部１２の一部であるシリンダ１５ａの部分を示す水平断面図である。シリンダ１５ａにはブレード溝３７が形成され、このブレード溝３７に往復移動可能にブレード２５ａが収容されている。ブレード２５ａは、先端部をローラ２２ａの外周面に当接させるように付勢されており、ブレード２５ａの先端部がローラ２２ａの外周面に当接されることによりシリンダ室２０ａ内が周方向に吸込室３８と圧縮室３９とに二分されている。吸込室３８には吸込流路８が連通され、圧縮室３９には吐出ポート２６が連通されている。

他のシリンダ１５ｂ、１５ｃの部分の構成もシリンダ１５ａの部分の構成と同じであり、各シリンダ室２０ｂ、２０ｃは各ブレード２５ｂ、２５ｃにより吸込室３８と圧縮室３９とに二分されている。

図３は、軸受部１６ａの内周面と回転軸１１の外周面との間のクリアランス“Ｃ”についての説明図である。主軸受１６の軸受部１６ａの内径寸法を“Ｄ”、回転軸１１の軸受部１６ａに軸支された部分の外形寸法を“ｄ”とした場合、クリアランス“Ｃ”は、“Ｃ＝Ｄ−ｄ”と表される。図示は省略するが、第２仕切板１８の軸受部１８ａの内周面と回転軸１１の外周面との間のクリアランス“Ｃ”、副軸受１９の軸受部１９ａの内周面と回転軸１１の外周面との間のクリアランス“Ｃ”も同様に表される。

ここで、回転軸１１を軸支する三つの軸受部１６ａ、１８ａ、１９ａにおいて、上述したようにクリアランスを“Ｃ”とし、さらに、それらの軸受部１６ａ、１８ａ、１９ａの内周面と回転軸１１の外周面との間の摺動部分の軸方向の長さを“Ｌ”（図１参照）とした場合、電動機部１０の最も近くに位置する軸受部１６ａの“Ｃ／Ｌ”の値は、他の軸受部１８ａ、１９ａの“Ｃ／Ｌ”の値より小さく設定されている。

また、三つの軸受部１６ａ、１８ａ、１９ａのうち、両端に位置する軸受部１６ａ、１９ａの“Ｃ/Ｌ”の値は、その間に位置する軸受部１８ａの“Ｃ／Ｌ”の値より小さく設定されている。

図１に戻って説明する。副軸受１９における電動機部１０から離れた側の端部には、リング状の溝４０が形成されている。この溝４０が形成されていることにより、電動機部１０から最も離れて位置する軸受部１９ａの回転軸１１との摺動面における電動機部１０から離れた端部側の剛性は、電動機部１０の最も近くに位置する軸受部１６ａの回転軸１１との摺動面における電動機部１０に近い端部側の剛性より、小さく設定されている。

つぎに、図２に戻って、ローラ２２ａの内周面と偏心部２１ａの外周面との間の嵌合部分のクリアランス“Ｃ´”について説明する。ローラ２２ａの内径寸法を“Ｄ´”、偏心部２１ａの外形寸法を“ｄ´”とした場合、クリアランス“Ｃ´”は、“Ｃ´＝Ｄ´−ｄ´”と表される。図示は省略するが、ローラ２２ｂの内周面と偏心部２１ｂの外周面との間の嵌合部分のクリアランス“Ｃ´”、ローラ２２ｃの内周面と偏心部２１ｃの外周面との間の嵌合部分のクリアランス“Ｃ´”も同様に表される。

ここで、ローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと偏心部２１ａ、２１ｂ、２１ｃとの嵌合部分のクリアランスを上述のように“Ｃ´”とし、ローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの内周面と偏心部２１ａ、２１ｂ、２１ｃの外周面との間の嵌合部分の軸方向の長さを“Ｌ´”（図１参照）とした場合、“Ｃ´／Ｌ´”の値は、上述した各軸受部１６ａ、１８ａ、１９ａの“Ｃ／Ｌ”の値より大きく設定されている。

このような構成において、この回転式圧縮機４においては、電動機部１０に通電されることにより回転軸１１が回転子１３と共に中心線回りに回転し、この回転により圧縮機構部１２が駆動され、各シリンダ室２０ａ、２０ｂ、２０ｃ内でガス冷媒が圧縮される。

圧縮されたガス冷媒の圧力が設定圧に達すると、各吐出弁２７、３１、３５が開弁され、ガス冷媒が各吐出ポート２６、３０、３４から吐出される。各吐出ポート２６、３０、３４から吐出されたガス冷媒は、直接主軸受側マフラ２８内に流入し、又は、仕切板内空間３２や副軸受側マフラ３６内を経由して主軸受側マフラ２８内に流入する。主軸受側マフラ２８内に流入したガス冷媒は、流出口２９から密閉ケース９内に流出する。

密閉ケース９内に流出したガス冷媒は、凝縮器５、膨張装置６、蒸発器７の順に流れて回転式圧縮機４に戻り、冷凍サイクル装置１での冷凍サイクルが実行される。

ここで、圧縮機構部１２では、回転軸１１は三つの軸受部１６ａ、１８ａ、１９ａにより軸支されている。これらの軸受部１６ａ、１８ａ、１９ａにおいて、クリアランス“Ｃ”と摺動部分の軸方向の長さ“Ｌ”から求められる“Ｃ／Ｌ”の値は、電動機部１０の最も近くに位置する軸受部１６ａが、他の軸受部１８ａ、１９ａより小さく設定されている。このため、電動機部１０の駆動時における回転軸１１の傾きや振れ回りを最も有効に抑制することができ、電動機部１０の駆動時における回転子１３と固定子１４との間のギャップを均一に保つことができる。これにより、電動機部１０の回転効率を向上させることができ、しかも、回転軸１１が回転することに伴って発生する騒音や振動を低減することができる。

また、他の軸受部１８ａ、１９ａにおいて“Ｃ／Ｌ”が大きく設定されていることにより、各軸受部１６ａ、１８ａ、１９ａの調芯を容易に行えるようになり、回転式圧縮機４の組立性を向上させることができる。

また、圧縮機構部１２の両端に位置する軸受部１６ａ、１９ａの“Ｃ／Ｌ”の値が、その間に位置する軸受部１８ａの“Ｃ／Ｌ”の値より小さく設定されている。このため、電動機部１０の駆動時における回転軸１１の傾きや振れ回りを抑制することができ、電動機部１０の駆動時における回転子１３と固定子１４との間のギャップを均一に保つことができる。これにより、電動機部１０の回転効率を向上させることができ、しかも、回転軸１１が回転することに伴って発生する騒音や振動を低減することができる。

また、中央側の軸受部１８ａの“Ｃ／Ｌ”が大きく設定されているので、圧縮負荷による回転軸１１の変形や撓みをより多く許容することができ、回転式圧縮機４の信頼性や耐久性を高めることができる。

軸受部１９ａ、１６ａの回転軸１１との摺動面における剛性を比較すると、副軸受１９にリング状の溝４０が形成されていることにより、軸受部１９ａの電動機部１０から離れた端部側の剛性は、軸受部１６ａの電動機部１０に近い端部側の剛性より小さく設定されている。これにより、電動機部１０の最も近くに位置する軸受部１６ａの摺動面において、電動機部１０に近い端部側の剛性が大きいため、回転軸１１の傾きや振れ回りを抑制することができる。一方、電動機部１０から離れて位置する軸受部１９ａの摺動面において、電動機部１０から離れた端部側の剛性が小さいため、回転軸１１が傾きや振れ回りを生じても回転軸１１や軸受部１９ａに無理な力が作用することが抑制され、回転式圧縮機４の信頼性や耐久性を高めることができる。

つぎに、ローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの内周面と偏心部２１ａ、２１ｂ、２１ｃの外周面との間の嵌合部分のクリアランス“Ｃ´”と、ローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの内周面と偏心部２１ａ、２１ｂ、２１ｃの外周面との間の嵌合部分の軸方向の長さ“Ｌ´”とからなる“Ｃ´／Ｌ´”の値は、各軸受部１６ａ、１８ａ、１９ａの“Ｃ／Ｌ”の値より大きく設定されている。このため、回転軸１１の傾きや撓みが発生した場合において、回転軸１１が傾いてもローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃは傾きが抑制される。このため、ローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの端面が主軸受１６、第１仕切板１７、第２仕切板１８、副軸受１９に接触することや、ブレード２５ａ、２５ｂ、２５ｃの先端部がローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃの外周面に当接しなくなることが防止され、回転式圧縮機の４の信頼性や耐久性を高めることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

４…回転式圧縮機、５…凝縮機、６…膨張装置、７…蒸発器、９…密閉ケース、１０…電動機部、１１…回転軸、１２…圧縮機構部、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…シリンダ、１６…主軸受（閉塞部材）、１７…第１仕切板（閉塞部材）、１８…第２仕切板（閉塞部材）、１９…副軸受（閉塞部材）、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…シリンダ室、２１ａ、２１ｂ。２１ｃ…偏心部、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…ローラ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…ブレード、３８…吸込室、３９…圧縮室

Claims (5)

1. 電動機部とこの電動機部に連結された回転軸により駆動される圧縮機構部とが密閉ケース内に収容され、前記圧縮機構部で作動流体を圧縮する回転式圧縮機において、
   前記圧縮機構部は、前記回転軸の軸方向に配列されて前記回転軸を囲む少なくとも三つのシリンダと、前記各シリンダの両端を閉塞して各シリンダ内にシリンダ室を形成する閉塞部材と、前記回転軸の前記各シリンダ室内に位置する部分に設けられた偏心部と、前記偏心部に嵌合されて前記回転軸の回転に伴い前記各シリンダ室内で偏心回転するローラと、前記各シリンダ室内を周方向に吸込室と圧縮室とに二分するブレードとを有し、
   前記回転軸は前記閉塞部材の少なくとも三つに設けられた軸受部により軸支され、
   前記軸受部の内周面と前記回転軸の外周面との間の摺動部分のクリアランスを“Ｃ”、前記軸受部の内周面と前記回転軸の外周面との間の摺動部分の軸方向の長さを“Ｌ”とした場合、前記電動機部の最も近くに位置する前記軸受部の“Ｃ／Ｌ”の値は、他の前記軸受部の“Ｃ／Ｌ”の値より小さいことを特徴とする回転式圧縮機。
2. 両端に位置する前記軸受部の“Ｃ/Ｌ”の値は、その間に位置する前記軸受部の“Ｃ／Ｌ”より小さいことを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。
3. 前記電動機部から最も離れて位置する前記軸受部の摺動面における前記電動機部から離れた端部側の剛性が、前記電動機部の最も近くに位置する前記軸受部の摺動面における前記電動機部に近い端部側の剛性より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の回転式圧縮機。
4. 前記ローラの内周面と前記偏心部の外周面との間の嵌合部分のクリアランスを“Ｃ´”、前記ローラの内周面と前記偏心部の外周面との間の嵌合部分の軸方向の長さを“Ｌ´”とした場合、“Ｃ´／Ｌ´”の値は各前記軸受部の“Ｃ／Ｌ”の値より大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の回転式圧縮機。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の回転式圧縮機と、前記回転式圧縮機に接続される凝縮器と、前記凝縮器に接続される膨張装置と、前記膨張装置と前記回転式圧縮機との間に接続される蒸発器とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
   

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