JP4315339B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール流体機械に係り、特に、軸受を潤滑した油を案内する排油パイプを備えたスクロール流体機械に好適なものである。

従来のスクロール流体機械は、密閉容器内に、固定スクロール及び旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成した圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動機と、クランク部を旋回スクロールに連結する駆動軸と、電動機と旋回スクロールとの間に設けた主軸受と、主軸受を潤滑した油を電動機のステータ外周の凹部と密閉容器との隙間を通して密閉容器の油溜めに案内する排油パイプとを収納して構成されている。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、排油パイプ６０は、全長にわたって円筒形状に形成されると共に、水平部６０ａと垂直部６０ｂとからなる略Ｌ字状に形成されている。なお、図４（ａ）は従来のスクロール流体機械に用いる排油パイプ６０の正面図、図４（ｂ）はその底面図である。

かかる排油パイプ６０の水平部６０ａは、主軸受を覆う部分に装着され、主軸受を潤滑した油を導入するように開口されている。また、排油パイプ６０の垂直部６０ｂは、図５に示すように、電動機のステータ１８の外周の凹部１８ａと密閉容器とで形成される隙間７１を通って下方に延び、油溜めに油を排出するように開口されている。

これに関連するものとして、例えば、特開平１−１１６２９５号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

特開平１−１１６２９５号公報

従来のスクロール流体機械では、電動機のステータ１８の外周の凹部１８ａと密閉容器との隙間７１を通る排油パイプ６０が円筒形状であるため、ステータ１８の外周の凹部１８ａを深いものとする必要があった。これによって、電動機のステータ１８として有効な半径が大幅に小さくなっていた。すなわち、図５に示すように、ステータ１８の半径をＲ_１とし、排油パイプ６０の幅（外径）をｄとし、排油パイプ６０が凹部１８ａおよび密閉容器と衝突しないようにするために必要な間隔をδとした場合、ステータ１８の有効半径Ｒ_２は次の式（１）となる。

Ｒ_２＝Ｒ_１−（２δ＋ｄ） （１）
この式（１）において、排油パイプ６０が円筒形状であると、（２δ＋ｄ）が大きくなるため、ステータ１８の有効半径Ｒ_２が大幅に小さくなる。電動機の効率は電動機外径Ｒ_２が（Ｒ_１−（２δ＋ｄ））×２であるときの効率に近い値となるので、従来のスクロール流体機械では、電動機の効率が低下し、入力増加を招いていた。

本発明の目的は、電動機の効率を向上して圧縮機入力の低減を図ることができるスクロール流体機械を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、密閉容器内に、固定スクロール及び旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成した圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動機と、クランク部を前記旋回スクロールに連結する駆動軸と、前記電動機の一側に設けた軸受と、前記軸受を潤滑した油を前記電動機のステータ外周の凹部を通して案内する排油パイプとを収納したスクロール流体機械において、前記凹部を通る前記排油パイプの部分を前記ステータの径方向に薄い扁平筒形状に形成すると共に、前記凹部を前記排油パイプの扁平筒形状に対応して浅く形成したことにある。

係る本発明のより好ましい具体例は次の通りである。
（１）軸受側への前記排油パイプの装着部を円筒形状に形成すると共に、前記凹部を通る前記排油パイプの部分を扁平筒形状に形成したこと。
（２）前記排油パイプを水平部と垂直部からなる略逆Ｌ字状に形成し、前記排油パイプの水平部から垂直部の上部までを円筒形状に形成すると共に、前記排油パイプの円筒形状垂直部から下方の垂直部を扁平筒形状に形成したこと。
（３）前記ステータのエンドコイル部と前記密閉容器との間を通る前記排油パイプの部分を前記ステータの径方向に薄い扁平筒形状に形成したこと。

本発明によれば、電動機の効率を向上して圧縮機入力の低減を図ることができるスクロール流体機械を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態を係るスクロール流体圧縮機の縦断面図、図２は図１の排油パイプの単体状態の正面図および底面図、図３は図１の電動機のステータの外周部分の説明図である。本実施形態の図と従来例の図における同一符号は、同一物または相当物を示す。なお、本発明は、本実施形態に開示した形態に限られるものではなく、公知技術などに基づく変更を許容するものである。

まず、本実施形態のスクロール圧縮機１の全体構造に関して図１を参照しながら説明する。スクロール圧縮機１は、密閉容器１００内に、圧縮機構２と電動機３と副軸受け部４と給油機構とを収納して構成されている。本実施形態では、圧縮機構２と電動機３とを上下に配置した縦型スクロール圧縮機である。

密閉容器１００は、同一形状の鏡板１０１と鏡板１０２を胴１０３の外側に被せて構成されている。これにより、固定スクロール６の外径と鏡板１０１の内径の隙間１０４が大きく確保されるようになっている。密閉容器１００の底部には油を貯留するための油溜め８２が設けられている。

圧縮機構２は、旋回スクロール５と固定スクロール６とフレーム７と駆動軸８と主軸受６３と旋回軸受１３と旋回機構９とを備えて構成されている。また、圧縮機構２は固定スクロール６及び旋回スクロール５を組み合わせて圧縮室８１を形成している。

旋回スクロール５は、渦巻き状ラップ１１と鏡板１０と軸支持部（ボス部）５ａとを備えて構成されている。ラップ１１は鏡板１０の一側に垂直に立設されている。軸支持部５ａは鏡板１０の他側（反ラップ側）に垂直に突出して形成されている。旋回スクロール５の鏡板１０の背面側には、旋回機構９と、駆動軸８のクランク部１２が挿入される旋回軸受１３とが設けられている。旋回機構９はオルダムキーおよびキー溝などで構成されている。旋回軸受１３は軸支持部５ａ内に設けられている。

固定スクロール６は、渦巻き状ラップ１５と鏡板１４と吸入口１６と吐出口１７とを備えて構成され、フレーム７にボルトを介して固定されている。これによって、固定スクロール６とフレーム７との間には、旋回スクロール５が旋回運動可能に挟持されている。また、固定スクロール６は、鏡板１４に直立する渦巻き状のラップ１５を有し、外周部に吸入口１６が設けられ、鏡板中央部に吐出口１７が設けられている。ラップ１５は鏡板１４の一側に垂直に立設されている。固定スクロール６の吸入口１６には、密閉容器１００に設けた吸入管８５が接続されている。さらに、密閉容器１００には、フレーム７と電動機３との間の空間に連通する吐出管１９が設けられている。

フレーム７は、その外周部が密閉容器１００に固定され、その中央部に主軸受６３を支持している。また、フレーム７は主軸受６３をカバー８４と共に覆っている。カバー8４は主軸受６３を下方から押さえるようにフレームに着脱可能に取り付けられている。主軸受６３は、電動機３と旋回スクロール５との間に位置されて設けられている。

駆動軸８は、主軸部の上部にクランク部１２を有し、このクランク部１２を旋回スクロール５に連結することにより旋回スクロール５を駆動する。クランク部１２は旋回軸受１３内に挿入されて軸支されている。

電動機３は、駆動軸８を介して圧縮機構２を駆動する回転駆動手段を構成するものであり、ステータ１８とロータ１９とを基本要素としている。ステータ１８は密閉容器１００に取り付けられている。ステータ１８の外周面は密閉容器１００の内面にほぼ密着して形成されている。そして、ステータ１８の外周面の複数箇所（本実施形態では４箇所）に切欠き１８ｂが形成されている（図１及び図３参照）、この切欠き１８ｂによって、密閉容器１００との間に空隙７２が形成される。この空隙７２は吐出口１７から吐出された冷媒ガスを通過させ、電動機３を冷却するために設けられている。ロータ１９は駆動軸８の主軸部に締結されている。

副軸受け部４は、電動機３の他側で駆動軸８を支持するように設けられている。この副軸受け部４は、副軸受５１と、副軸受５１を挿入した副軸受けハウジング５２と、副軸受けハウジング５２に締結された下フレーム５３とを備えて構成されている。下フレーム５３は密閉容器１００に固定されている。これによって、駆動軸８は、主軸受６３と副軸受５１とにより電動機３の両側で軸支されると共に、旋回軸受１３とにより上端部のクランク部１２が軸支される。

電動機３の回転により駆動軸８が回転すると、旋回スクロール５は旋回機構９の働きにより姿勢を保ったまま固定スクロール６に対して旋回運動を行なう。その旋回運動により生じる不釣り合い力を打ち消すため、ロータ１９と旋回スクロール５との間にバランスウェイト２０が取り付けられると共に、ロータ１９にロータバランスウェイト２１が取り付けられている。

固定スクロール６と旋回スクロール５を噛合せて構成した圧縮室８１は、旋回スクロール５が旋回運動することにより、その容積が減少する圧縮動作が行われる。この圧縮動作では、旋回スクロール５の旋回運動に伴って、作動流体が吸入口１６から圧縮室８１へ吸込まれ、吸込まれた作動流体が圧縮行程を経て固定スクロール６の吐出口１７から密閉容器１００内の吐出空間に吐出され、さらに吐出口１７を経由して密閉容器１００から吐出される。これによって、密閉容器１００内の空間は吐出圧力に保たれる。

次に、給油機構について図１から図３を参照しながら説明する。給油機構は給油ポンプ８３と給油穴６１と排油パイプ６０とを備えて構成されている。

給油ポンプ８３は、駆動軸８下端に装着された遠心形ポンプであり、油溜め８２に貯留された潤滑用の油を強制的に給油穴６１を通して副軸受５１、旋回軸受１３さらには主軸受６３に供給して潤滑するために設けられている。なお、給油穴６１に供給された油は、旋回スクロール５と固定スクロール６との摺動部にも供給される。

給油穴６１は、駆動軸８に縦に貫通するように設けられ、駆動軸８の軸心に対して同心の下部給油穴と駆動軸８の軸心に対して偏心した上部給油穴とを有している。この下部給油穴に連通する横給油穴が設けられて副軸受５１に給油されるようになっている。

排油パイプ６０は、主軸受６３を潤滑した油を、電動機３のステータ外周の凹部１８ａ（図３参照）を通して密閉容器１００の油溜め８２に案内するように設けられている。また、排油パイプ６０は、図２に示すように、水平部６０ａと垂直部６０ｂからなる略逆Ｌ字状に形成され、水平部６０ａから垂直部６０ｂの上部までが円筒形状に形成されると共に、円筒形状垂直部から下方の垂直部が扁平筒形状に形成されている。排油パイプ６０は、円筒形状の一般的な金属製パイプを所定長さに切断し、これを逆Ｌ字状に折り曲げた後に、プレスなどで垂直部を扁平形状に潰すことにより、極めて簡単に製作することができる。

排油パイプ６０の水平部６０ａの端部は、フレーム７の主軸受６３を覆っている部分に装着されている。この排油パイプ６０の装着部は円筒形状に形成されており、フレーム７に形成された円形孔に圧入されることによって装着されている。この装着構造によって、排油パイプ６０をフレーム７に簡単にかつ確実に装着することができる。この排油パイプ６０の装着部は、フレーム７内に開口されており、主軸受６３を潤滑した油がこの開口より排油パイプ６０内に導入される。

排油パイプ６０の垂直部６０ｂは、密閉容器１００の内壁面に沿って上下に延び、ステータ１８のエンドコイル部１８ｃと密閉容器１００との間を通り、さらには電動機３のステータ外周の凹部１８ａを通って、電動機３の下方まで延びている。さらに排油パイプ６０の下端部は下フレーム５３に取り付けられたパイプ押さえ６５により固定されている。

駆動軸８の内部の給油穴６１を通って旋回軸受１３および主軸受６３に給油された油は、排油パイプ６０を介して密閉容器１００の底部に形成された油溜め８２に戻される。すなわち、主軸受６３を潤滑した油は、排油パイプ６０の水平部６０ａ内に導かれ、さらに垂直部６０ｂを通って下端開口から排出される。

垂直部６０ｂの扁平筒形状の部分は、ステータ１８のエンドコイル部１８ｃと密閉容器１００との間を通る部分と、電動機３のステータ外周の凹部１８ａを通る部分とに位置されている。この扁平筒形状の垂直部６０ｂは、ステータ１８の径方向に薄くなるように設置されている。

ステータ１８のエンドコイル部１８ｃと密閉容器１００との間に形成される空間には、フレーム７の外周部の隙間を通って流下された冷媒ガスが流動される。この空間に配置された排油パイプ６０は、ステータ１８の径方向に薄い扁平筒形状に形成しているので、この空間における冷媒ガスの流動を阻害しない。

また、凹部１８ａを通る排油パイプ６０の部分をステータ１８の径方向に薄い扁平筒形状に形成すると共に、凹部１８ａを排油パイプ６０の扁平筒形状に対応して浅く形成している。これによって、電動機のステータ１８として有効な半径を従来例に比較して大きくすることができる。すなわち、図５に示すように、ステータ１８の半径をＲ_１とし、排油パイプ６０のステータ径方向の幅をｔとし、排油パイプ６０が凹部１８ａおよび密閉容器１００と衝突しないようにするために必要な間隔をδとした場合、ステータ１８の有効半径Ｒ_３は次の式（２）となる。

Ｒ_３＝Ｒ_１−（２δ＋ｔ） （２）
この式（２）において、排油パイプ６０が扁平筒形状であると、扁平筒の幅ｔが円筒の幅ｄより小さくなるため、ステータ１８の有効半径Ｒ_３が従来例のＲ_２より大きくなる。電動機３の効率は電動機外径Ｒ_３が（Ｒ_１−（２δ＋ｔ））×２であるときの効率に近い値となるので、従来例と比較して、電動機３の効率が向上し、入力低減を図ることができる。なお、従来の円筒形状の排油パイプと同一の流路特性を満足するために、本実施形態の排油パイプ６０の形状は相当直径（＝４×流路断面積／濡れ縁長さ）がｄ以上となるような形状にしてある。

本発明の一実施形態を係るスクロール流体圧縮機の縦断面図である。 図１の排油パイプの単体状態の正面図および底面図である。 図１の電動機のステータの外周部分の説明図である。 従来のスクロール流体機械に用いる排油パイプの単体状態の正面図および底面図である。 従来のスクロール流体機械の電動機のステータの外周部分の説明図である。

符号の説明

１…スクロール圧縮機、２…圧縮機構、３…電動機、４…副軸受け部、５…旋回スクロール、５ａ…軸支持部、６…固定スクロール、７…フレーム、８…駆動軸、９…旋回機構、１０…鏡板、１１…ラップ、１２…クランク部、１３…旋回軸受、１４…鏡板、１５…ラップ、１６…吸入口、１７…吐出口、１８…ステータ、１８ａ…凹部、１８ｂ…切欠き、１８ｃ…エンドコイル部、１９…ロータ、２０…バランスウェイト、２１…ロータバランスウェイト、２２…吐出管、５１…軸受、５２…副軸受けハウジング、５３…下フレーム、５４…バランスウェイトカバ、６０…排油パイプ、６１…給油穴、６２…旋回軸受、６３…主軸受、６５…パイプ押さえ、７１…凹部、８１…圧縮室、８２…油溜め、８３…給油ポンプ、８５…吸入管、１００…密閉容器、１０１…鏡板、１０２…鏡板、１０３…胴。

Claims (4)

1. 密閉容器内に、固定スクロール及び旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成した圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動機と、クランク部を前記旋回スクロールに連結する駆動軸と、前記電動機の一側に設けた軸受と、前記軸受を潤滑した油を前記電動機のステータ外周の凹部を通して案内する排油パイプとを収納したスクロール流体機械において、
   前記凹部を通る前記排油パイプの部分を前記ステータの径方向に薄い扁平筒形状に形成すると共に、前記凹部を前記排油パイプの扁平筒形状に対応して浅く形成したことを特徴とするスクロール流体機械。
2. 請求項１に記載されたスクロール流体機械において、軸受側への前記排油パイプの装着部を円筒形状に形成すると共に、前記凹部を通る前記排油パイプの部分を扁平筒形状に形成したことを特徴とするスクロール流体機械。
3. 請求項２に記載されたスクロール流体機械において、前記排油パイプを水平部と垂直部からなる略逆Ｌ字状に形成し、前記排油パイプの水平部から垂直部の上部までを円筒形状に形成すると共に、前記排油パイプの円筒形状垂直部から下方の垂直部を扁平筒形状に形成したことを特徴とするスクロール流体機械。
4. 請求項１から３の何れかに記載されたスクロール流体機械において、前記ステータのエンドコイル部と前記密閉容器との間を通る前記排油パイプの部分を前記ステータの径方向に薄い扁平筒形状に形成したことを特徴とするスクロール流体機械。

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