JP5657143B2 - ベーン型圧縮機 - Google Patents
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Description
(ベーン型圧縮機200の構造)
図1は、本発明の実施の形態1に係るベーン型圧縮機200の縦断面図であり、図2は、同ベーン型圧縮機200の圧縮要素101の分解斜視図であり、そして、図3は、同ベーン型圧縮機200の第1ベーン5及び第2ベーン6の平面図及び正面図である。このうち、図1において、実線で示す矢印はガス(冷媒)の流れ、そして、破線で示す矢印は冷凍機油25の流れを示している。以下、図1〜図3を参照しながら、ベーン型圧縮機200の構造ついて説明する。
図4は、本発明の実施の形態1に係るベーン型圧縮機200において図1のI−I断面図であり、図5は、同ベーン型圧縮機200の圧縮動作を示す図である。以下、図4及び図5を参照しながら、ベーン型圧縮機200の圧縮動作について説明する。
ローターシャフト4の回転軸部4bが電動要素102の回転子22からの回転力を受け、ローター部4aは、シリンダー1の貫通部1f内で回転する。このローター部4aの回転に伴い、ローター部4aのブッシュ保持部4d、4eは、ローターシャフト4の中心を中心とする円の円周上を移動する。そして、ブッシュ保持部4d、4e内にそれぞれ保持されている一対のブッシュ7、8、並びに、その一対のブッシュ7、8それぞれの間に回転可能に挟持されている第1ベーン5のベーン部5a、及び、第2ベーン6のベーン部6aもローター部4aの回転と共に回転する。第1ベーン5及び第2ベーン6は、ローター部4aの回転による遠心力を受け、ベーンアライナー部5c、6c及びベーンアライナー部5d、6dは、ベーンアライナー軸受部2b、3bにそれぞれ押し付けられて摺動しながら、ベーンアライナー軸受部2b、3bの中心を回転中心として回転する。ここで、ベーンアライナー軸受部2b、3bとシリンダー内周面1bとは同心であるため、第1ベーン5及び第2ベーン6はシリンダー内周面1bの中心を回転中心として回転することになる。そうすると、第1ベーン5のベーン部5a、及び、第2ベーン6のベーン部6aの長さ方向がシリンダー内周面1bの中心を通るように、ブッシュ7、8が、それぞれブッシュ保持部4d、4e内で、ブッシュ中心7a、8aを回転中心として回転することになる。すなわち、ベーン先端部5b、6bの円弧形状及びシリンダー内周面1bの法線が常にほぼ一致する状態で、ローター部4aが回転することになる。
図6の「角度0°」の図においては、ベーンアライナー部5c、6cの回転方向(図6では時計方向)を矢印で示している。ただし、他の角度の図においては、ベーンアライナー部5c、6cの回転方向を示す矢印は略している。ローターシャフト4の回転により、第1ベーン5のベーン部5a及び第2ベーン6のベーン部6aがシリンダー内周面1bの中心を回転中心として回転する。これによって、ベーンアライナー部5c、6cは、図6で示されるように、凹部2a内を、ベーンアライナー軸受部2bに支持されてシリンダー内周面1bの中心を回転中心として回転する。また、同様に、ベーンアライナー部5d、6dは、凹部3a内を、ベーンアライナー軸受部3bに支持されてシリンダー内周面1bの中心を回転中心として回転する。
以上の動作において、図1で示されるように、ローターシャフト4の回転によって、油ポンプ31により油溜め104から冷凍機油25が吸い上げられ、給油路4hに送り出される。この給油路4hに送り出された冷凍機油25は、給油路4iを通ってフレーム2の凹部2aに、かつ、給油路4jを通ってシリンダーヘッド3の凹部3aに送り出される。凹部2a、3aに送り出された冷凍機油25は、ベーンアライナー軸受部2b、3bを潤滑すると共に、凹部2a、3aと連通したベーン逃がし部4f、4gに供給される。ここで、密閉容器103内の圧力は高圧である吐出圧力になっているため、凹部2a、3a及びベーン逃がし部4f、4g内の圧力も吐出圧力となる。また、凹部2a、3aに送り出された冷凍機油25の一部は、フレーム2の主軸受部2c及びシリンダーヘッド3の主軸受部3cに供給され潤滑する。
図7で示されるように、実線の矢印は冷凍機油25の流れを示している。ベーン逃がし部4f内の圧力は吐出圧力であり、吸入室9及び中間室10内の圧力よりも高いため、冷凍機油25は、ベーン部5aの側面とブッシュ7と間の摺動部を潤滑しながら、圧力差及び遠心力によって吸入室9及び中間室10に送り出される。また、冷凍機油25は、ブッシュ7とローターシャフト4のブッシュ保持部4dとの間の摺動部を潤滑しながら、圧力差及び遠心力によって吸入室9及び中間室10に送り出される。また、中間室10に送り出された冷凍機油25の一部は、ベーン先端部5bとシリンダー内周面1bとの間の隙間をシールしながら吸入室9に流入する。
なお、以上の動作は第1ベーン5に対して示したが、第2ベーン6においても同様である。
図8は、本発明の実施の形態1に係るベーン型圧縮機200のベーン部6a周りの構成及び挙動を示す図である。この図8において、「角度0°」の状態における第2ベーン6のベーン部6aを保持するブッシュ8に作用する荷重が示されている。このうち、図8(a)は、本実施の形態に係るベーン型圧縮機200のベーン部6a周りの構造を示す図であり、図8(b)は、ベーン部6aのシリンダー内周面1bの中心(以下、単に「内周面中心」という)側の端部が、ブッシュ中心8aよりも外側に位置する場合を示している。
図8(a)で示されるように、第2ベーン6のベーン部6aには、矢印41で示されるように、圧縮室11と中間室10との差圧による荷重(圧縮室11から中間室10へ向かう方向)が作用するこの矢印41で示される荷重によって、ベーン部6aは図8(a)において反時計回りに回転しようとするので、右側のブッシュ8の内周面中心と逆側の摺動面、及びベーン部6aのブッシュ中心8aより外側の右側側面が接触するので、矢印42で示される方向(ブッシュ8がブッシュ中心8a周りに反時計回りに回る方向)にブッシュ8に荷重が作用する。また、左側のブッシュ8の内周面中心側の摺動面、及びベーン部6aのブッシュ中心8aより内側の左側側面が接触するので、矢印43で示される方向(ブッシュ8がブッシュ中心8a周りに反時計回りに回る方向)にブッシュ8に荷重が作用する。ここで、ブッシュ8には、矢印42で示される荷重によってブッシュ中心8a周りにモーメント44が作用し、矢印43で示される荷重によってブッシュ中心8a周りにモーメント45が作用する。これによって、ブッシュ8は、ブッシュ中心8a周りを安定して回転することが可能となる。
図8(b)においても、第2ベーン6のベーン部6aには、矢印41で示されるように、圧縮室11と中間室10との差圧による荷重(圧縮室11から中間室10へ向かう方向)が作用する。この矢印41で示される荷重によって、ベーン部6aは図8(b)において反時計回りに回転しようとするので、右側のブッシュ8の内周面中心と逆側の摺動面、及びベーン部6aのブッシュ中心8aより外側の右側側面が接触するので、矢印42で示される方向(ブッシュ8がブッシュ中心8a周りに反時計回りに回る方向)にブッシュ8に荷重が作用する。また、左側のブッシュ8の内周面中心と逆側の摺動面、及びベーン部6aのブッシュ中心8aより外側の左側側面が接触するので、矢印43で示される方向(ブッシュ8がブッシュ中心8a周りに時計回りに回る方向)にブッシュ8に荷重が作用する。ここで、ブッシュ8において、矢印42で示される荷重によってブッシュ中心8a周りに作用するモーメント44は反時計回りに作用する。しかし、矢印43で示される荷重によってブッシュ中心8a周りに作用するモーメント45は時計回りに作用するので、ブッシュ8は、ブッシュ中心8a周りに安定して回転し難くなる。
以上の構成のように、上記の式(1)の関係を有するように、ベーン先端部5b、6bとシリンダー内周面1bとの間に所定の適正な隙間δを設けることによって、ベーン先端部5b、6bからの冷媒の漏れを抑制しつつ、機械損失の増大による圧縮機効率の低下を抑制し、かつ、ベーン先端部5b、6bの摩耗を抑制できる。
本実施の形態に係るベーン型圧縮機200について、実施の形態1に係るベーン型圧縮機200と相違する点を中心に説明する。
図9は、本発明の実施の形態2に係るベーン型圧縮機200の第1ベーン5及び第2ベーン6の平面図及び正面図である。
図9で示されるように、第1ベーン5のベーン部5a及び第2ベーン6のベーン部6aの内周面中心側の端部を、それぞれベーンアライナー部5c、5d及びベーンアライナー部6c、6dの内径部よりも内周面中心側に突き出るように構成している。これによって、実施の形態1の場合と比較して、ベーン部5a、6aの内周面中心側の端部を、さらに内周面中心側に延在させることが可能となるので、実施の形態1の場合よりも、ローター部4aの外形をより小さくすることができ、ベーン型圧縮機200の小型化を図ることが可能となる。
図10で示されるように、第1ベーン5のベーン部5a及び第2ベーン6のベーン部6aの内周面中心側の端部の面の一部から、それぞれベーンアライナー部5c、5d及びベーンアライナー部6c、6dの内径部よりも内周面中心側に突き出るようにベーン内側突出部5e、6eが形成されている。このような構成とすることによって、ベーン部5a、6aの内周面中心側の端部が、ローター部4aの回転中に、それぞれブッシュ中心7a、8aよりも内側に突き出ない状態となったとしても、ベーン内側突出部5e、6eは、それぞれブッシュ中心7a、8aよりも常に内側になるように構成している。これによって、ブッシュ7、8は、それぞれブッシュ中心7a、8a周りを安定して回転することが可能となり、ベーン部5a、6aを常に安定に支持することが可能となり、図9に示す場合と同等の効果が得られる。
以上の構成によって、実施の形態1の場合よりも、ローター部4aの外形をより小さくすることができ、ベーン型圧縮機200の小型化を図ることが可能となる。
本実施の形態に係るベーン型圧縮機200について、実施の形態1に係るベーン型圧縮機200と相違する点を中心に説明する。
図11は、本発明の実施の形態3に係るベーン型圧縮機200の第1ベーン5及び第2ベーン6の平面図であり、図12は、同ベーン型圧縮機200の圧縮動作を示す図である。
図11で示されるように、Bは、ベーン部5a、6aの長さ方向を示す線であり、Cは、ベーン先端部5b、6bの円弧形状の法線である。したがって、ベーンアライナー部5c、5d、6c、6dに対して、ベーン部5a、6aは、Bの方向に傾いて取り付けられている。また、ベーン先端部5b、6bの円弧の法線Cは、線Bに対して傾いており、ベーンアライナー部5c、5d、6c、6dを形成する円弧の中心を通るように形成されている。
以上のような構成においても、図5に示す実施の形態1と同様に、ベーン先端部5b、6bの円弧形状及びシリンダー内周面1bの法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行うことができ、ベーン先端部5b、6bとシリンダー内周面1bとは常に微小な隙間を保ちつつ、非接触で回転することが可能である。また、図12の「角度0°」における第2ベーン6のベーン部6aの内周面中心側の端部は、実施の形態1と同様に、ブッシュ8内のブッシュ中心8aよりも内側に突き出しており、ブッシュ8はブッシュ中心8a周りに安定して回転することができ、ベーンを常に安定に支持することが可能となる。
本実施の形態においても、ベーン先端部5b、6bの円弧形状及びシリンダー内周面1bの法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行うことができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
本実施の形態に係るベーン型圧縮機200について、実施の形態2に係るベーン型圧縮機200と相違する点を中心に説明する。
図13は、本発明の実施の形態4に係るベーン型圧縮機200における「角度0°」における図1のI−I断面図である。なお、図13においては、吸入ポート1a、切欠き部1c及び吐出ポート1dは略している。
図14で示される角度βは、ローター部4aの中心とブッシュ中心7aとを結ぶ直線と、シリンダー内周面1bの中心へ向かう第1ベーン5のベーン部5aの長さ方向とのなす角度である。
以上の構成のようなローター部4aに第2ベーン逃がし部4l、4mを、ベーン部5a、6aの内周面中心側の端部が、回転軸部4b、4cの軸径よりも内側に突き出るような場合であっても、ベーン部5a、6aがローター部4aに接触することなく回転することが可能なように形成すれば、ベーン部5a、6aの内周面中心側の端部を、さらに内周面中心側に延在させることが可能となるので、実施の形態1の場合よりも、ローター部4aの外形をより小さくすることができ、ベーン型圧縮機200の小型化を図ることが可能となる。
Claims (7)
- 冷媒を圧縮する圧縮要素が、
円筒状の内周面が形成されたシリンダーと、
該シリンダーの内部において、前記内周面の中心軸と所定の距離ずれた回転軸を中心に回転する円筒形状のローター部、及び、該ローター部に外部からの回転力を伝達する回転軸部を有したローターシャフトと、
前記シリンダーの前記内周面の一方の開口部を閉塞し、主軸受部によって前記回転軸部を支承するフレームと、
前記シリンダーの前記内周面の他方の開口部を閉塞し、主軸受部によって前記回転軸部を支承するシリンダーヘッドと、
前記ローター部に設けられ、前記ローター部内から突出する先端部が外側に凸となる円弧形状に形成された少なくとも1枚のベーンと、
を備えたベーン型圧縮機において、
前記ベーンの前記先端部の前記円弧形状の法線と、前記シリンダーの前記内周面の法線とが常にほぼ一致する状態で、前記ベーン、前記ローター部の外周部、及び前記シリンダーの前記内周面によって囲まれる空間で冷媒を圧縮するように前記ベーンを支持し、前記ベーンを前記ローター部に対して回転可能かつ略遠心方向に移動可能に支持し、前記ベーンの前記先端部が前記シリンダーの前記内周面側に最大限移動した場合に、該先端部と該内周面との所定の間隙を有するように保持するベーン支持手段を備え、
前記ベーン支持手段は、
前記ローター部の外周部近傍に、前記ローター部の中心軸方向に垂直な断面が略円形となるように該中心軸方向に貫通したブッシュ保持部と、
該ブッシュ保持部の中に挿入される一対の略半円柱状物であり、前記ブッシュ保持部内で前記ベーンを挟持するブッシュと、
前記ベーンの前記内周面中心側の端面が、前記ローター部に接触しないように、前記ローター部において該ローター部の中心軸方向に貫通した第1ベーン逃がし部と、
によって構成され、
前記ベーンは、前記フレーム側かつ前記ローター部の中心側の端面近傍、及び、前記シリンダーヘッド側かつ前記ローター部の中心側の端面近傍に設けられた一対の部分リング形状のベーンアライナー部を有し、
前記フレーム及び前記シリンダーヘッドの前記シリンダー側の端面に、前記シリンダーの前記内周面と同心の凹部又は溝部が形成され、
前記ベーンアライナー部は、前記凹部又は前記溝部内に嵌入され、該凹部又は該溝部の外周面であるベーンアライナー軸受部で支承され、
前記ローターシャフトは、前記ローター部と前記回転軸部とが一体に形成されて構成され、
前記ベーンにおける前記シリンダーの前記内周面の中心である内周面中心側の端面が、前記ベーンの前記ローター部に対する回転中心よりも常に前記ローター部の内側に位置する
ことを特徴とするベーン型圧縮機。 - 前記ベーンの前記ローター部に対する回転中心と、前記ベーンの前記内周面中心側の端面との距離が最小となる前記ローター部の回転角度において、前記ベーンの前記内周面中心側の端部が、前記ブッシュの前記内周面中心側の端部よりも前記ローター部の内側に位置しないように構成された
ことを特徴とする請求項1記載のベーン型圧縮機。 - 前記ベーンは、その前記内周面中心側の端面の少なくとも一部が、前記ベーンアライナー部の内径部よりも前記内周面中心側に位置するように構成された
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のベーン型圧縮機。 - 前記ローター部において、前記ベーンの前記内周面中心側に対応する前記ローター部内の前記回転軸部の外周線よりも内側の部分に形成され、前記第1ベーン逃がし部と連通する第2ベーン逃がし部を備え、
前記ベーンの前記内周面中心側の端面が、前記ローター部内の前記回転軸部の前記外周線よりも内側に位置する場合に、前記第2ベーン逃がし部に収容される
ことを特徴とする請求項3記載のベーン型圧縮機。 - 前記第2ベーン逃がし部の前記ローター部の中心軸視における幅が、前記ブッシュ保持部の前記ローター部の側面側に形成された開口部の前記ローター部の中心軸視における幅と略同一、又は、該幅よりも小さい
ことを特徴とする請求項4記載のベーン型圧縮機。 - 前記ベーンは、その前記内周面中心側の端面の一部が、前記ベーンアライナー部の内径部よりも前記内周面中心側に位置するように構成され、
前記第2ベーン逃がし部は、その前記ローター部の中心軸方向の幅が、前記ローター部のその中心軸方向の幅よりも小さくなるように形成された
ことを特徴とする請求項4又は請求項5記載のベーン型圧縮機。 - 前記ベーンの前記先端部の前記円弧形状の曲率半径は、前記シリンダーの前記内周面の曲率半径と略同一である
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のベーン型圧縮機。
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