JP2011089507A - スクロール型流体機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】胴体径を拡大することなく、より負荷容量の大きな軸受を組み込むことで小型・軽量化と長寿命化が達成可能であるとともに、センタープレートのガス通路断面積が十分に確保されることで高流量運転時の圧力損失による性能低下が抑制可能なスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】スクロール機構を収容する第一ハウジングと、電動モータを収容する第二ハウジングと、両ハウジング間に介在し回転運動を旋回運動に変換する運動変換機構を収容し可動スクロールに対し自転阻止機構が取り付けられているとともに主軸の軸受を保持するセンタープレートとを備え、第一、第二ハウジングの内部同士をセンタープレートの設置部を介して連通する流体通路の少なくとも一部を、センタープレートに形成された、第二ハウジングの内部に臨み軸方向に延びる軸方向凹部と、軸受よりも第一ハウジング側に位置し径方向に延びる径方向凹部とを連通させたスクロール型流体機械。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調用に用いられる電動スクロール型圧縮機や、車両・ボイラー等の廃熱回収に用いられる発電機を搭載したスクロール型膨張機等のスクロール型流体機械に関する。
電動モータとスクロール型の圧縮機を同一軸上に配置した電動コンプレッサが知られている。この種の圧縮機は、例えば特許文献１や２に開示されるように、一対の渦巻き体を収容するハウジングと、回転運動を旋回運動に変換する機構部品が取り付けられたセンタープレートと、電動モータを収容するハウジング等から構成されている。このような圧縮機において、冷媒は、電動モータを収容するハウジングに設けられた吸入ポートから吸入された後、電動モータの空隙を通過し、センタープレートに保持される軸受の空隙または軸受を保持する円筒部の外周部の空隙を通り、渦巻き体に取り込まれて一対の渦巻き体を収容するハウジングの吐出ポートから吐出される。
一方、発電機を搭載した膨張機においては、吸入ポートと吐出ポートが入れ替わるとともに、冷媒は、上記の圧縮機の場合と全く逆方向に流れる。すなわち、一対の渦巻き体を収容するハウジングの吸入ポートから吸入され、渦巻き体に取り込まれた後、センタープレートに保持される軸受の空隙または軸受を保持するセンタープレートの円筒部の外周部の空隙を通り、発電機の空隙を通過し、発電機を収容するハウジングに設けられた吐出ポートから吐出される。
特開２００８−２３２０５７号公報 特開２００８−３０３８１９号公報
スクロール型流体機械の小型・軽量化と信頼性の向上を目指した研究開発の過程において、圧縮機の胴径を拡大することなく、負荷容量の大きい主軸用の軸受を採用する必要が生じた。ところが、他部品との関係で制約がある内径寸法を変えることなく軸受けの負荷容量をアップさせるために、軸受の外径を大きくしようとすると、軸受を保持する円筒部の外径寸法と可動渦巻き体のカップリング部の内径寸法が略一致し、主たるガス通路となる空隙を設けることが困難となった。さらに、軸受の空隙のみでは、高流量運転時の圧力損失による性能低下の恐れを解消することは困難であった。
そこで本発明の課題は、胴体径を拡大することなく、より負荷容量の大きな軸受を組み込むことで小型・軽量化と長寿命化が達成可能であるとともに、センタープレートのガス通路断面積が十分に確保されることで高流量運転時の圧力損失による性能低下が抑制可能なスクロール型流体機械を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るスクロール型流体機械は、固定スクロールと可動スクロールからなるスクロール機構を収容する第一ハウジングと、主軸を回転駆動させる電動モータを収容する第二ハウジングと、両ハウジング間に介在し前記主軸の回転運動を前記可動スクロールの旋回運動に変換する運動変換機構を収容し前記可動スクロールに対し自転阻止機構が取り付けられているとともに前記主軸の軸受を保持するセンタープレートとを備え、前記第二ハウジングの内部と前記第一ハウジングの内部とを前記センタープレートの設置部を介して連通する流体通路を有するスクロール型流体機械であって、前記流体通路の少なくとも一部を、前記センタープレートに形成された、前記第二ハウジングの内部に臨み軸方向に延びる軸方向凹部と、前記軸受よりも前記第一ハウジング側に位置し径方向に延びる径方向凹部とを、連通させることにより形成したことを特徴とするものからなる。
本発明のスクロール型流体機械によれば、第一ハウジングの内部と第二ハウジングの内部とをセンタープレートを介して連通する流体通路の少なくとも一部が、センタープレートに形成された軸方向凹部と径方向凹部とを連通させることにより形成されているので、ガス通路の断面積を十分に確保することができ、高流量運転時の圧力損失による性能低下を効果的に抑制することができる。また、流体通路は主軸に対して軸方向に延びる軸方向凹部と径方向に延びる径方向凹部との連通により形成されるので、ガス通路を簡便な加工によって形成することが可能である。
本発明のスクロール型流体機械において、前記軸方向凹部が周方向に複数形成されていることが好ましい。このように軸方向凹部を形成することにより、負荷容量の大きな軸受を組み込んだ場合にも、流体通路の断面積を確保しやすくなる。
また、前記軸方向凹部は、その内面の一部が、前記第二ハウジングの内部側に向けてテーパ状に広がる面に形成されていることが好ましい。軸方向凹部をこのような形状とすることにより、センタープレートの強度を確保しつつ加工の容易化を図ることができる。
本発明のスクロール型流体機械において、前記径方向凹部が周方向に環状に延びる凹部に形成されていることが好ましい。径方向凹部をこのような形状とすることにより、加工の容易化を図ることができる。
また、前記径方向凹部は、その内面の一部が、前記第一ハウジングの内部から前記第二ハウジングの内部側に向けてテーパ状に広がる面に形成されていることが好ましい。径方向凹部をこのような形状とすることにより、センタープレートの強度を確保しつつ加工の容易化を図ることができる。
本発明のスクロール型流体機械においては、前記軸方向凹部が、前記センタープレートの素形材の製造時に設けられていることが好ましい。センタープレートの素形材を製造するのと同時に軸方向凹部を設けることで、センタープレートの製造工程を簡素化することが可能となる。さらに、前記センタープレートの素形材が鋳造によって製造され、前記軸方向凹部が型を用いて形成されていることが好ましい。また、前記径方向凹部が中子を用いて形成されていてもよい。このような製造工程を採用することにより、センタープレートをより効率的に製造することが可能となる。
また、前記径方向凹部は、機械加工により形成することも可能である。とくに径方向凹部が周方向に環状に延びる凹部に形成される場合には、機械加工を比較的容易に行うことができる。
本発明のスクロール型流体機械において、前記センタープレートは、前記第一ハウジングおよび第二ハウジングのいずれかと一体に形成されていてもよい。センタープレートと第一または第二ハウジングとが一体形成されることで構成部品点数を低減させ、スクロール型流体機械の組み立て工程を簡素化することが可能となる。
本発明のスクロール型流体機械は、圧縮機または膨張機として構成されることが可能である。すなわち、本発明のスクロール型流体機械においては、主軸の回転方向に応じて、圧縮機または膨張機としての機能が発揮される。とくに圧縮機として構成される場合には、吐出弁を設けることが好ましい。
本発明のスクロール型流体機械は、車両に搭載される流体機械として好適に利用可能である。車両に搭載される流体機械は、小型化および軽量化の要請が特に強いので、本発明のスクロール型流体機械の技術的特徴がより効果的に発揮され得る。
本発明に係るスクロール型流体機械によれば、簡便な加工によって形成される流体通路の断面積を十分に確保することができ、高流量運転時の圧力損失による性能低下を効果的に抑制することができる。その結果、負荷容量の大きな軸受を組み込んだ場合にも胴体径を拡大する必要がなくなり、流体機械の小型・軽量化と長寿命化を達成可能である。また、センタープレートの流体通路断面積が十分に確保されることで高流量運転時の圧力損失による性能低下を抑制可能である。
本発明の一実施態様に係るスクロール型圧縮機の縦断面図である。 図１のＡの部分近傍を拡大した部分拡大縦断面図である。
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るスクロール型圧縮機の縦断面図である。圧縮機１は、固定スクロール２と可動スクロール３を収容する第一ハウジング４と、主軸５の回転運動を可動スクロール３の旋回運動に変換するクランク機構６、および可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構７が取り付けられているセンタープレート８と、電動モータ９を収容する第二ハウジング１０から構成されており、電動モータ９と圧縮機１は同一軸上に配置されている。センタープレート８の電動モータ９側の面には、主軸５の軸受１１を保持する円筒状の軸受保持部１２が取り付けられ、軸受保持部１２よりも径方向外側には、複数の放射状に形成されたリブ（図示略）が設けられ、隣接するリブの間には主軸５の軸方向に延びる複数の軸方向凹部１３が、第二ハウジング１０の内部側に向けてテーパ状に広がる内面を有するように形成されている。
一方、センタープレート８の第一ハウジング４側の面には、主軸５と垂直方向に延びる径方向凹部１４が、センタープレート８の全周にわたって環状に延びる凹部として形成されている。径方向凹部１４の内面は、第一ハウジング４の内部から第二ハウジング１０の内部側（電動モータ９側）に向けて、主軸５と平行な方向にテーパ状に広がるように形成されている。
このように形成された径方向凹部１４と複数の軸方向凹部１３とが、互いに連通することによって、被圧縮流体としての冷媒ガスが流通するための流体通路が形成されている。吸入ポート１５から吸入された冷媒ガスは、電動モータ９の隙間を通ってセンタープレート９の手前まで運ばれた後、主として軸方向凹部１３と径方向凹部１４を経由して可動スクロール３に取り込まれ、可動スクロール３と固定スクロール２からなる圧縮機構により圧縮された後に、吐出孔１６および吐出室１７を経由して吐出ポート１８から吐出される。圧縮機１の冷凍回路は、このような経路をなすように構成されている。従来は軸受１１の空隙や軸受保持部１２の外周側の空隙を流通していた冷媒ガスが、径方向凹部と軸方向凹部１３からなる流体通路の内部を流通できるようになり、冷媒ガスの通路断面積が十分に確保されるので、高流量運転時の圧力損失の低減が図られる。
図２は、図１のＡの部分近傍を拡大した部分拡大縦断面図である。以下、図２を参照しながら軸方向凹部１３と径方向凹部１４の好ましいサイズおよび形状について説明する。
軸方向凹部１３と径方向凹部１４の重複する領域の軸方向長さａは、２〜９ｍｍであることが好ましい。長さａが大きいほど圧力損失は低減されるが、あまり大き過ぎるとセンタープレート９の強度が弱くなる。
センタープレート９の可動スクロール３側端面と径方向凹部１４のテーパ状内面とのなす角度ｂは、２０〜６０°であることが好ましい。角度ｂをこの範囲に設定することにより、径方向凹部１４の加工作業の容易化が図られる。
軸方向凹部１３のテーパ状内面と軸方向のなす角度ｃ（ｅ）は、１〜４°であることが好ましい。角度ｃをこの範囲に設定することにより、第二ハウジング１０の内部から軸方向凹部１３に流入する冷媒ガスの流動性の向上およびの径方向凹部１４の加工作業の容易化が図られる。
径方向凹部１４の径方向深さｄは、３〜９ｍｍであることが好ましい。深さｄをこの範囲に設定することにより、軸方向凹部１３から径方向凹部１４を経由して第一ハウジング４の内部に流入する冷媒ガスの流動性の向上およびの径方向凹部１４の加工作業の容易化が図られる。
本発明に係るスクロール型流体機械は、小型化および軽量化の要請が強い車両用の圧縮機等として好適に利用可能である。
１ 圧縮機
２ 固定スクロール
３ 可動スクロール
４ 第一ハウジング
５ 主軸
６ クランク機構
７ 自転阻止機構
８ センタープレート
９ 電動モータ
１０ 第二ハウジング
１１ 軸受
１２ 軸受保持部
１３ 軸方向凹部
１４ 径方向凹部
１５ 吸入ポート
１６ 吐出孔
１７ 吐出室
１８ 吐出ポート
ａ 軸方向凹部と径方向凹部の重複領域の軸方向長さ
ｂ センタープレートの可動スクロール側端面と径方向凹部のテーパ状内面とのなす角度
ｃ、ｅ 軸方向凹部のテーパ状内面と軸方向のなす角度
ｄ 径方向凹部の径方向深さ

Claims (9)

  1. 固定スクロールと可動スクロールからなるスクロール機構を収容する第一ハウジングと、主軸を回転駆動させる電動モータを収容する第二ハウジングと、両ハウジング間に介在し前記主軸の回転運動を前記可動スクロールの旋回運動に変換する運動変換機構を収容し前記可動スクロールに対し自転阻止機構が取り付けられているとともに前記主軸の軸受を保持するセンタープレートとを備え、前記第二ハウジングの内部と前記第一ハウジングの内部とを前記センタープレートの設置部を介して連通する流体通路を有するスクロール型流体機械であって、前記流体通路の少なくとも一部を、前記センタープレートに形成された、前記第二ハウジングの内部に臨み軸方向に延びる軸方向凹部と、前記軸受よりも前記第一ハウジング側に位置し径方向に延びる径方向凹部とを、連通させることにより形成したことを特徴とするスクロール型流体機械。
  2. 前記軸方向凹部が周方向に複数形成されている、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  3. 前記軸方向凹部の内面の一部が、前記第二ハウジングの内部側に向けてテーパ状に広がる面に形成されている、請求項１または２に記載のスクロール型流体機械。
  4. 前記径方向凹部が周方向に環状に延びる凹部に形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のスクロール型流体機械。
  5. 前記径方向凹部の内面の一部が、前記第一ハウジングの内部から前記第二ハウジングの内部側に向けてテーパ状に広がる面に形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のスクロール型流体機械。
  6. 前記軸方向凹部が、前記センタープレートの素形材の製造時に設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載のスクロール型流体機械。
  7. 前記センタープレートの素形材が鋳造によって製造され、前記軸方向凹部が型を用いて形成されている、請求項６に記載のスクロール型流体機械。
  8. 前記径方向凹部が機械加工により形成されている、請求項１〜７のいずれかに記載のスクロール型流体機械。
  9. 前記センタープレートが、前記第一ハウジングおよび第二ハウジングのいずれかと一体に形成されている、請求項１〜８のいずれかに記載のスクロール型流体機械。
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