JP4752241B2

JP4752241B2 - 往復動式圧縮機

Info

Publication number: JP4752241B2
Application number: JP2004317879A
Authority: JP
Inventors: 昭彦窪田; 崇秀長尾; 康祐坪井; 隆志垣内
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-11-01
Also published as: CN1906413B; KR20070040750A; CN1906413A; US20080247890A1; KR100768597B1; EP1807623B1; EP1807623A1; JP2006125364A; WO2006049108A1

Description

本発明は往復動式圧縮機の振動低減に関するものである。

近年、地球環境に対する要求から家庭用冷蔵庫は、ますます省エネ化への動きが加速されている。そういった中、冷媒圧縮機はインバータ化され、運転回転数の低速回転化が進み、また、冷媒についても温暖化係数の低いＲ６００ａが用いられるようになり、冷媒の冷凍効果の関係上、冷媒圧縮機の気筒容積を大きくする必要があり、往復動式圧縮機のピストンが大型化してピストンの往復運動に起因する運転振動を低く抑えることが難しくなってきている一方で、往復動式圧縮機の信頼性に対しても様々な配慮がなされている。

従来の往復動式圧縮機としては、シリンダをシャフトの回転中心に対してオフセットしてピストンの側圧を低減し、信頼性を向上したもの（例えば、特許文献１参照）がある。

以下、図面を参照しながら上記従来技術の往復動式圧縮機について説明する。

図５は、従来の往復動式圧縮機の断面図、図６は、同従来の往復動式圧縮機の一部断面上視図である。

図５および図６において、密閉容器１内には、電動要素２と電動要素２により回転駆動される圧縮要素３がそれぞれ収容される。電動要素２と圧縮要素３は、一体的に組み立てられ、複数の支持スプリング４により、密閉容器１内に弾性支持される。支持スプリング４は、密閉容器１内の周方向に沿って適宜間隔をおいて複数個配設される。

電動要素２は、プレート状固定子鉄心を積層して構成される固定子５と、この固定子５に回転自在に収容される回転子６とを有する。

クランクシャフト７は、バランスウェイト８を介してシャフト９と偏心部１０を備えることで形成されている。シャフト９には、回転子６が軸装されるとともに、圧縮要素３のすべり軸受構造の軸受１１に回転自在に支持される。

電動要素２によりシャフト９を介して駆動される圧縮要素３は、シリンダ１２により形成される圧縮室１４内を摺動自在に設けられるピストン１５と、このピストン１５をクランクシャフト７の偏心部１０に連結するコンロッド１６と、シリンダ１２のヘッド側に設けられ、図示しない吸込弁および吐出弁を備えたバルブプレート１７と、このバルブプレート１７を外側から覆うシリンダヘッド１８とを有する。

シリンダ１２のシリンダ軸線は、シャフト９の軸線からｅだけ偏位した位置を通るように配設してある。この偏位量ｅをオフセット量と呼ぶ。

バランスウェイト８の重心は、シャフト９の軸心と偏心部１０の軸心を通る線上で、シャフト９に対して偏心部１０と反対側に位置するように付加している。

クランクシャフト７の下部にはオイルポンプ１９が設けられ、その先端は、密閉容器１に貯溜されたオイル２０に浸漬している。このクランクシャフト７の回転に伴ってオイルポンプ１９がポンプ作用し、オイル２０をクランクシャフト７内のオイル通路２１を通して圧縮要素３の摺動部に供給し、各摺動部をオイル潤滑している。

以上のように構成された往復動式圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素２に通電すると、電動要素２が起動して回転子６が回転せしめられ、この回転子６と一体にクランクシャフト７が回転し、偏心部１０の運動が、コンロッド１６を経てピストン１５をシリンダ１２内で往復運動させることで、冷媒（図示せず）が連続して圧縮される。

この際、シリンダ１２のシリンダ軸線は、シャフト９の軸線からｅだけ偏位した位置を通るように配設してあるので、冷媒圧縮時にピストン１５とシリンダ１２の摺動面に作用する荷重を低減させることができるため、高い信頼性とエネルギー効率を得ることができる。

また、バランスウェイト８がクランクシャフト７と共に回転運動することによって、ピストン１５の往復運動によるアンバランスを軽減し、往復動式圧縮機の振動を低減せしめる。
特開平０７−２３８８８５号公報

しかしながら、上記従来の特許文献１のようなバランスウェイト８の重心の配置では、特許文献１のようにシリンダ１２をオフセット配置すると、シリンダ１２をオフセット配置しないものに較べて振動が増加してしまうというということが判明した。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、信頼性、エネルギー効率が高く、かつ低振動の往復動式圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の往復動式圧縮機は、シリンダを、そのシリンダ軸心が、主軸部の主軸部軸心と交わらないようにオフセット配置するとともに、ピストンが上死点の位置にあるとき、前記主軸部軸心と偏心部の中心を結ぶ線の偏心部側の延長線が、前記シリンダ軸心と交差する構成とし、さらに、バランスウェイトの重心位置を、前記ピストンが上死点の位置にあるときにおいて、前記主軸部軸心に対して偏心部の中心の略反対側で、かつ前記主軸部軸心と前記偏心部の中心を結ぶ線の主軸部側の延長線と、前記主軸部軸心を含みシリンダ軸心と平行な平面Ｂの間の領域内に設定したものであり、ピストンの側圧を低減して、往復動式圧縮機の信頼性と効率を向上するとともに、ピストン、コンロッド、偏心部等の運動によって発生するアンバランスの力を、バランスウェイトの運動による力でより効果的に打ち消すことができ、往復動式圧縮機の振動を低減することができる。

本発明の往復動式圧縮機は、信頼性、エネルギー効率が高く、かつ低振動の往復動式圧縮機を提供することができ、また、バランスウェイトの装着位置を容易に規定することができるという効果が得られる。

本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に冷媒ガスを圧縮する圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、略鉛直方向に配設され、かつ主軸部および偏心部を有するクランクシャフトと、略円筒形のシリンダを形成したブロックと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、前記偏心部と前記ピストンを連結するコンロッドと、前記ピストン、コンロッド、偏心部等の振動をバランスさせるバランスウェイトとを備え、前記シリンダのシリンダ軸心を、前記主軸部の主軸部軸心と交わらないように前記シリンダをオフセットすると
ともに、前記ピストンが上死点の位置にあるとき、前記主軸部軸心と前記偏心部の中心を結ぶ線の偏心部側の延長線が、前記シリンダ軸心と交差する構成とし、さらに、前記バランスウェイトの重心位置を、前記ピストンが上死点の位置にあるときにおいて、前記主軸部軸心に対して前記偏心部の中心の略反対側で、かつ前記主軸部軸心と前記偏心部の中心を結ぶ線の主軸部側の延長線と、前記主軸部軸心を含みシリンダ軸心と平行な平面Ｂの間の領域内に設定したもので、ピストンの側圧を低減して往復動式圧縮機の信頼性と効率を向上するとともに、ピストン、コンロッド、偏心部等の運動によるアンバランスの力を、バランスウェイトの運動による力でより効果的に打ち消して往復動式圧縮機の振動を低減することができ、信頼性、エネルギー効率が高く、かつ低振動の往復動式圧縮機を提供することができる。さらに、主軸部軸心を含みシリンダ軸心と平行な平面Ｂを越えない範囲設定とすることにより、容易にバランスウェイトを付加する位置を規定できるという効果が得られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ピストンが上死点の位置にあるとき、バランスウェイトの重心の位置を、前記主軸部軸心と前記偏心部の中心を結ぶ線に対し、前記主軸部の回転方向において０°〜３°の範囲内に位置するようにしたものであり、さらに容易にバランスウェイトを付加する位置を規定できるという効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、使用する前記冷媒ガスを、Ｒ６００ａとしたもので、冷媒特性から大きな気筒容積、つまり大径のピストンが必要となり、振動が大きくなりがちな往復動式圧縮機の振動を低く抑えることができるという効果が得られる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の往復動式圧縮機を、少なくとも商用電源周波数未満の運転回転数でインバータ駆動するもので、低速運転に伴い振動が大きくなりがちな往復動式圧縮機の振動を低く抑えることができるという効果が得られる。

以下、本発明による往復動式圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による往復動式圧縮機の断面図、図２は、同実施の形態による往復動式圧縮機の上視図、図３は、同実施の形態による往復動式圧縮機の要部模式図、図４は、同実施の形態による往復動式圧縮機の振動特性図である。

図１から図３において、密閉容器１０１内には、電動要素１０２と、電動要素１０２によりインバータ駆動される圧縮要素１０３がそれぞれ収容される。

電動要素１０２と圧縮要素１０３は、一体的に組み立てられ、複数の支持スプリング１０４により、密閉容器１０１内に弾性支持される。支持スプリング１０４は、密閉容器１０１内の周方向に沿って適宜間隔をおいて複数個配設される。ここで、冷媒としてＲ６００ａを使用している。

電動要素１０２は、プレート状固定子鉄心を積層して構成される固定子１０５と、この固定子１０５に回転自在に収容される回転子１０６とを有する。

クランクシャフト１０７は、バランスウェイト１０８を介して主軸部１０９と偏心部１１０を備えている。主軸部１０９は、回転子１０６を軸装しているとともに、圧縮要素１
０３のすべり軸受構造の軸受１１１に回転自在に支持される。

圧縮要素１０３は、シリンダ軸心１１２が、主軸部１０９の主軸部軸心１１３とオフセット量ｅをもって偏位した位置を通るように配設されたシリンダ１１４を含むブロック１１５と、シリンダ１１４により形成される圧縮室１１６内を、摺動自在に設けられるピストン１１７と、このピストン１１７をクランクシャフト１０７の偏心部１１０に連結するコンロッド１１８と、シリンダ１１４のヘッド側に設けられ、図示しない吸込弁および吐出弁を備えたバルブプレート１１９と、このバルブプレート１１９を外側から覆うシリンダヘッド１２０とを有する。

また、回転運動するクランクシャフト１０７の偏心部１１０には、往復運動するピストン１１７や、回転運動する偏心部１１０や、揺動運動するコンロッド１１８によるアンバランスの釣り合いの手段として重量調整されたバランスウェイト１０８を備える。

バランスウェイト１０８の重心は、主軸部軸心１１３に対して偏心部１１０の中心の略反対側で、かつ真反対側より主軸部１０９の回転方向側にずらした位置とし、且つピストン１１７が上死点の位置にあるとき、バランスウェイト１０８の重心の位置を、主軸部軸心１１３を含みシリンダ軸心１１２と平行な平面Ｂを越えない位置にしている。さらに具体的には、真反対位置に対して＋２°の位置としている。

クランクシャフト１０７の下部にはオイルポンプ１２１が設けられ、その先端は、密閉容器１０１に貯溜されたオイル１２２に浸漬している。このクランクシャフト１０７の回転に伴ってオイルポンプ１２１がポンプ作用し、オイル１２２を、クランクシャフト１０７内のオイル通路１２３を通して圧縮要素１０３の摺動部に供給し、各摺動部をオイル潤滑している。

インバータ駆動回路（図示せず）から、電動要素１０２に通電がなされると、電動要素１０２が起動して回転子１０６が回転せしめられ、バランスウェイト１０８を付加したクランクシャフト１０７が、この回転子１０６と一体に回転し、偏心部１１０の運動が、コンロッド１１８を経てピストン１１７をシリンダ１１４内で往復運動させることで、冷媒（図示せず）が連続して圧縮される。

この際、シリンダ１１４のシリンダ軸心１１２は、主軸部１０９の主軸部軸心１１３からｅだけ偏位した位置を通るように配設してあるので、ピストン１１７のシリンダ１１４に対する側圧が低減され、往復動式圧縮機の信頼性が向上する。さらに、ピストン１１７の全長や、摺動部面積を小さくすることが可能となり、往復動式圧縮機の入力を低減することができる。また、電動要素１０２の設計トルクを小さくすることが可能となり、電動要素１０２の効率が向上して往復動式圧縮機の入力を低減することができ、往復動式圧縮機の効率を向上して消費電力を低くすることができる。

一方、バランスウェイト１０８の重心は、主軸部軸心１１３に対して、偏心部１１０の中心の略反対側で、かつ真反対側より主軸部１０９の回転方向側にずらした位置とし、且つピストン１１７が上死点の位置にあるとき、バランスウェイト１０８の重心の位置を、主軸部軸心１１３を含み、シリンダ軸心１１２と平行な平面Ｂを越えない位置にしていることから、より振動を小さくすることができた。

図４の振動特性図に示すように、バランスウェイト１０８の重心位置を、主軸部軸心１１３に対して、偏心部１１０の中心と真反対の位置（図４に示す０°の位置）から振動が
最小となる位置（図４では真反対位置に対して＋２°）へとずらすことで、最も振動を小さくすることができる。なお、この振動が最小となる位置は真反対位置からＢ面の位置の範囲内で実験的に求めればよい。

ここで図４において、バランスウェイト１０８の配設角度は、クランクシャフト１０７の回転方向を正として表している。

特に、本実施の形態においては、使用冷媒にＲ６００ａを用いているが、冷媒をＲ６００ａとすると、その冷媒特性から大きな気筒容積が必要となり、必然的にピストン１１７の重量は大きくなり、往復動式圧縮機の振動も大きくなるが、本発明の往復動式圧縮機のバランスウェイト１０８を適用することにより、より大きな振動低減効果が得られる。

また、インバータ運転周波数が低くなると、往復動式圧縮機の振動は大きくなる傾向を示すが、本発明の往復動式圧縮機のバランスウェイト１０８を適用することにより、より大きな振動低減効果が得られる。

以上、本実施の形態１では、インバータ駆動の電動要素を搭載した往復動式圧縮機について説明したが、交流商用電源駆動のインダクション電動要素を搭載した往復動式圧縮機についても、同様の効果が得られるのは当然である。

また、軸受構成については、主軸部１０９と軸受１１１による構成について述べたが、偏心部１１０に対して主軸部１０９と反対の側に、第２軸部を設けた両持ち軸受型の往復動式圧縮機についても、同様の効果が得られるのは当然である。

また、本実施の形態では、バランスウェイト１０８を、クランクシャフト１０７の偏心部１１０に付加した場合について説明したが、主軸部１０９や回転子１０６の圧縮要素１０３側の端部にバランスウェイトを付加する場合や、第２軸部を有する往復動式圧縮機においては第２軸部の端面にバランスウェイトを付加する場合も、同様に重心位置を規定することによって同じ効果が得られる。

さらには、複数のバランスウェイトを異なる位置に配設することも可能であるが、その場合でも、バランスウェイトの合成重心位置を、本発明に規定する位置にすることによって同様の効果が得られる。

また、バランスウェイト１０８は、本実施の形態１のごとく、クランクシャフト１０７や回転子１０６に付加する形態でも、一体に成形する形態でも良いのは言うまでもない。

また、本実施の形態においては、圧縮要素１０３を電動要素１０２の上に配置した往復動式圧縮機を例示したが、圧縮要素を電動要素の下に配置したものにおいても、同様の効果が得られることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる往復動式圧縮機は、信頼性が高く、高効率で消費電力が少なく、振動が低い圧縮機が可能となるため、家庭用冷蔵庫を初めとして、除湿機やショーケース、自販機等、冷凍サイクルを用いたあらゆる用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１による往復動式圧縮機の断面図本発明の実施の形態１による往復動式圧縮機の上視図本発明の実施の形態１による往復動式圧縮機の要部模式図本発明の実施の形態１による往復動式圧縮機の振動特性図従来の往復動式圧縮機の断面図従来の往復動式圧縮機の一部断面上視図

１０１密閉容器
１０３圧縮要素
１０７クランクシャフト
１０８バランスウェイト
１０９主軸部
１１０偏心部
１１２シリンダ軸心
１１３主軸部軸心
１１４シリンダ
１１５ブロック
１１７ピストン
１１８コンロッド

Claims

密閉容器内に冷媒ガスを圧縮する圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、略鉛直方向に配設され、かつ主軸部および偏心部を有するクランクシャフトと、略円筒形のシリンダを形成したブロックと、前記シリンダ内を往復運動するピストンと、前記偏心部と前記ピストンを連結するコンロッドと、前記ピストン、コンロッド、偏心部等の振動をバランスさせるバランスウェイトとを備え、前記シリンダのシリンダ軸心を、前記主軸部の主軸部軸心と交わらないように前記シリンダをオフセットするとともに、前記ピストンが上死点の位置にあるとき、前記主軸部軸心と前記偏心部の中心を結ぶ線の偏心部側の延長線が、前記シリンダ軸心と交差する構成とし、さらに、前記バランスウェイトの重心位置を、前記ピストンが上死点の位置にあるときにおいて、前記主軸部軸心に対して前記偏心部の中心の略反対側で、かつ前記主軸部軸心と前記偏心部の中心を結ぶ線の主軸部側の延長線と、前記主軸部軸心を含みシリンダ軸心と平行な平面Ｂの間の領域内に設定した往復動式圧縮機。
前記ピストンが上死点の位置にあるとき、バランスウェイトの重心の位置を、前記主軸部軸心と前記偏心部の中心を結ぶ線に対し、前記主軸部の回転方向において０°〜３°の範囲内に位置するようにした請求項１に記載の往復動式圧縮機。
使用する前記冷媒ガスを、Ｒ６００ａとした請求項１または２に記載の往復動式圧縮機。
少なくとも商用電源周波数未満の運転回転数でインバータ駆動される請求項１から３のいずれか一項に記載の往復動式圧縮機。