JP6042282B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は気体圧縮機（コンプレッサ）に関し、詳細には、回転軸に動力を伝達する電磁クラッチの設置構造の改良に関する。

従来、空気調和システム（以下、空調システムという。）には、冷媒ガスなどの気体を高圧の圧縮気体に圧縮する圧縮室を有する気体圧縮機が用いられている。

この気体圧縮機のうち外部から動力を受けて動作するものは、その動力の入力の受け入れと入力の停止とを切り替えるために、電磁クラッチを備えている。
この電磁クラッチは、プーリと一体的に回転するロータと、円環状に形成された電磁コイルと、電磁コイルの通電によって発生した磁束によりロータの外面に接し、電磁コイルの通電停止によって磁束が消失することによりロータの外面から離れるアーマチュアとを備えている。
電磁コイルは、銅線が巻かれたコイル本体であるコアと、コアを収容したハウジングであるコアケースとを備えており、コアケースの一部が、気体圧縮機のハウジングのノーズの部分に形成された座面に突き当てられた状態で、リテーナによってハウジングに固定されている（特許文献１）。

特開２００２−１０６６０３号公報

特許文献１に開示された気体圧縮機は、ハウジングのノーズに形成された座面が、円環状に形成された電磁コイルの中心半径（外周径（直径）と内周径（直径）との略中間の位置（電磁コイルの部分ごとの重心の位置）の直径の半分）よりも半径方向の内側にのみ形成されている。
ここで、電磁コイルは、通電によって発生した磁束によりアーマチュアを吸引するが、その反力によって、電磁コイル自体もアーマチュアの側に引かれる荷重を受ける。
一方、通電が停止すると、電磁コイル自体が受けていた荷重がなくなり、電磁コイルは座面に押し付けられた状態に戻る。

しかし、電磁コイルの端面が突き当てられる座面が、電磁コイルの部分ごとの重心よりも内側にのみ形成されているため、電磁コイルの部分ごとの重心を座面で受けることができない。
このような状況が長期間に亘って繰り返されると、電磁コイルと座面との間に隙間が生じて、電磁コイルとハウジングとの間でガタつきが生じ、このガタつきに起因して異音が発生したり、振動が発生したりする。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、電磁コイルとハウジングとの間のガタつきの発生を防止乃至抑制することができる気体圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る気体圧縮機は、ハウジングに形成された座面の少なくとも一部を、電磁コイルの中心半径よりも半径方向の外側まで延びたものとすることで、電磁コイルとハウジングとの間のガタつきの発生を防止乃至抑制するものである。
すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、回転軸を含む圧縮機本体を収容するハウジングと、前記回転軸を中心とする円環状に形成された電磁コイルを有する電磁クラッチとを備え、前記ハウジングに形成された、前記電磁コイルの一方の端面が突き当てられる座面の少なくとも一部は、前記電磁コイルの中心半径よりも半径方向の外側まで延びて形成され、前記座面の、前記回転軸を中心とする少なくとも３つの部分が、前記電磁コイルの中心半径よりも半径方向の外側まで延びて形成されているものである。

本発明に係る気体圧縮機によれば、電磁コイルとハウジングとの間のガタつきの発生を防止乃至抑制することができる。

本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ形式のコンプレッサを示す分解斜視図である。 図１に示したコンプレッサ（電磁クラッチを取り付けた状態）の縦断面図である。 図２における矢視Ａによる側面図（電磁クラッチを取り外した状態）である。

以下、本発明の気体圧縮機に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

（構成）
本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ形式のコンプレッサ１００（以下、単にコンプレッサ１００という。）は、図１に示すように、供給された冷媒ガスＧ（気体）を高圧に圧縮する圧縮機本体６０をハウジング１０の内部に収容し、ハウジング１０には、電磁クラッチ９０が取り付けられている。
このコンプレッサ１００は、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行う空気調和システム（以下、単に空調システムという。）の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等とともに、冷却媒体の循環経路上に設けられている。

コンプレッサ１００は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスＧを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスＧを空調システムの凝縮器に供給する。
凝縮器は、圧縮された冷媒ガスＧを周囲の空気等との間で熱交換することにより冷媒ガスＧから放熱させて液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。
高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この冷媒の気化に伴う熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。
気化した低圧の冷媒ガスＧは、コンプレッサ１００に戻って圧縮され、以下、上記工程を繰り返す。

ハウジング１０は、一端が閉じられ他端が開放されたケース１１と、このケース１１の開放された他端を覆うフロントヘッド１２とからなり、ボルト等の締結部材によって、フロントヘッド１２がケース１１に組み付けられている。
フロントヘッド１２がケース１１に組み付けられた状態で、ハウジング１０の内部に空間が形成され、その空間に圧縮機本体６０および油分離器７０が収容されている。

圧縮機本体６０は、いわゆるベーンロータリ形式の圧縮機であり、回転軸５１の回転に伴って容積が変化する圧縮室内の冷媒ガスＧを圧縮する。
回転軸５１は、図２に示すように、軸心Ｃ回りに回転可能に支持されており、フロントヘッド１２のノーズ部１４に支持された電磁クラッチ９０に連結されている。

電磁クラッチ９０は、プーリ９１とロータ９２と電磁コイル９３とアーマチュア９４とを備えた構成である。
プーリ９１は、ベルトが巻き掛けられてエンジン等の動力源から動力の入力を受ける。
ロータ９２は、プーリ９１と一体的に形成されており、ラジアルベアリングを介してフロントヘッド１２のノーズ部１４に固定されていて、回転軸５１の軸心Ｃ回りに回転可能となっている。
したがって、プーリ９１に動力の入力を受けると、プーリ９１とロータ９２とは一体的に、軸心Ｃ回りに回転する。

電磁コイル９３は、銅線が巻かれたコイル本体であるコア９３ａと、コア９３ａを収容したハウジングであるコアケース９３ｂと、コアケース９３ｂの端面に接合された環状板９３ｃとを備えている。
コア９３ａはコアケース９３ｂに収容されたままの状態で、プーリ９１とロータ９２とによって仕切られた環状の空間内に、プーリ９１およびロータ９２に接触しない状態で収容されている。

環状板９３ｃは、その中心孔９３ｄにフロントヘッド１２のノーズ部１４が通されて、リテーナ９５により、ノーズ部１４に固定されている。
環状板９３ｃの外径（軸心Ｃからの半径）Ｓ１は、軸心Ｃから二点鎖線で示したコア９３ａの中心９３ｇまでの距離である中心半径Ｓ２よりも長く形成されている。
環状板９３ｃがノーズ部１４に固定されている状態で、環状板９３ｃの一方の端面９３ｅ（電磁コイルの一方の端面）は、フロントヘッド１２に形成された平面の座面１３（図３のハッチングで示した部分）に突き当てられて接している。

この座面１３は、図３に示すように、そのうち少なくとも一部が、電磁コイル９３の、二点鎖線で示したコア９３ａの中心９３ｇよりも軸心Ｃからの半径方向の外側まで延びて形成されている。
具体的には、図３において、座面１３の５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅが、コア９３ａの中心９３ｇよりも軸心Ｃからの半径方向の外側まで延びて形成されている。

アーマチュア９４は、内リング９４ａと外リング９４ｂと板バネ９４ｃとを備えている。
内リング９４ａは、フロントヘッド１２から突出した回転軸５１の端部に締結されている。
外リング９４ｂは、内リング９４ａよりも半径方向の外側に張り出して形成されており摩擦係数の高い材料で形成されている。
外リング９４ｂは、ロータ９２の、軸心Ｃに直交する側壁面とわずかな隙間を介して配置されているが、板バネ９４ｃの弾性変形によってロータ９２の側壁面に接触する。
板バネ９４ｃは、内リング９４ａと外リング９４ｂとを連結していて、板バネ９４ｃの、軸心Ｃの延びた方向に沿っての弾性変形の範囲内で、内リング９４ａに対して外リング９４ｂが変位するのを許容している。
以上の構成により、アーマチュア９４は全体として、回転軸５１と一体的に軸心Ｃ回りに回転可能となっている。

電磁コイル９３に通電されると、発生した磁束により、外リング９４ｂがロータ９２の側に吸引されてロータ９２の側壁面に接し、外リング９４ｂとロータ９２の側壁面との接触による摩擦力により、ロータ９２の回転がアーマチュア９４に伝達され、回転軸５１を回転させる。
一方、電磁コイル９３への通電が停止されると、アーマチュア９４を吸引していた磁束が消失し、外リング９４ｂが板バネ９４ｃの弾性復元力によりロータ９２の側壁面から離れ、ロータ９２の回転がアーマチュア９４に伝達されず、回転軸５１は回転しない。

（作用）
以上のように構成された本実施形態のコンプレッサ１００によると、動力源から入力されている動力によってプーリ９１およびロータ９２は常時回転している。
ここで、電磁クラッチ９０の電磁コイル９３に通電されていないときは、アーマチュア９４はロータ９２に接しないため回転せず、したがって、コンプレッサ１００は冷媒ガスＧを圧縮する動作を行わない。
一方、電磁クラッチ９０の電磁コイル９３に通電されているときは、電磁コイル９３の発生する磁束によって、アーマチュア９４の外リング９４ｂが電磁コイル９３に吸引されてロータ９２の側壁面に接し、外リング９４ｂとロータ９２の側壁面との間に生じる摩擦力によって、アーマチュア９４の外リング９４ｂが回転する。
すると、板バネ９４ｃを介して外リング９４ｂに連結されている内リング９４ａも、外リング９４ｂおよび板バネ９４ｃと一体的に回転し、内リング９４ａに連結された回転軸５１が回転し、コンプレッサ１００は冷媒ガスＧを圧縮する動作を行う。

ここで、電磁コイル９３の全体の重心は軸心Ｃであるが、周方向に沿った微小な部分の単位での重心は、コア９３ａの中心９３ｇとなる。
このため、コア９３ａの部分ごとの重心である中心９３ｇが、座面１３に接していない状態であると、座面１３が重心を支持していないため、その部分を安定して支持することができないおそれがあり、電磁コイル９３の全体としてガタつきなどが生じるおそれがある。

しかし、本実施形態のコンプレッサ１００は、座面１３の一部である５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅが、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている。
これら５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅは、コア９３ａの部分ごとの重心である中心９３ｇを支持することができ、電磁コイル９３とハウジング１０との間のガタつきの発生を防止乃至抑制することができる。

また、本実施形態のコンプレッサ１００は、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分が５つあるため、これらの５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅのうち少なくとも３つの部分によって、電磁コイル９３の端面である環状板９３ｃの端面９３ｅを支持する１つの平面（座面１３）を規定することができる。

なお、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分が電磁コイル９３の端面である環状板９３ｃの端面９３ｅを支持する１つの平面を規定するためには、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されているそれらの部分の数は少なくとも３つでよい。
したがって、本実施形態のコンプレッサ１００は、座面１３の、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分が５つであるが、本発明に係る気体圧縮機は、座面１３の、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分が少なくとも３つあればよい。
ただし、そのような座面１３の部分のそれぞれがある程度の広さを有する場合は、そのような座面１３の部分は３つ存在しなくても１つの平面を規定することができるため、座面１３の、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分は２つであってもよいし、１つであってもよい。

また、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅのうち３つの部分（例えば、部分１３ａ，１３ｃ，１３ｅ）は、回転軸５１の軸心Ｃを囲む位置に形成されている。
軸心Ｃは、電磁コイル９３の全体の重心であるため、軸心Ｃを囲む３つの部分１３ａ，１３ｃ，１３ｅは電磁コイル９３の全体の重心を囲む部分となる。
したがって、これら３つの部分１３ａ，１３ｃ，１３ｅは、電磁コイル９３を、軸心Ｃに直交する面（座面１３）に対して傾かせることなく、支持することができる。

なお、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅのうち少なくとも３つの部分は、回転軸５１の軸心Ｃの回りに等角度間隔の位置に形成されていることが好ましい。
このように、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分が等角度間隔で配置されていることにより、電磁コイル９３の全体をバランスよく支持することができる。

また、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている３つ以上の部分の全ての部分（例えば、５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅの全て）は等角度間隔で配置されていてもよいし、３つ以上の部分のうち３つ以上の一部の部分（例えば、５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅのうちのいずれか３つの部分またはいずれか４つの部分）が等角度間隔で配置されていてもよい。

上述した実施形態のコンプレッサ１００は、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分が、軸心Ｃ回りに互いに離れた５つの部分１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅとして形成されているが、本発明に係る気体圧縮機は、この形態に限定されるものではない。
すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分が、軸心Ｃ回りの全周に亘って繋がっていてもよい。
このように、座面１３のうち、コア９３ａの中心９３ｇよりも半径方向の外側まで延びて形成されている部分が、軸心Ｃ回りの全周に亘って繋がっているものは、上述した実施形態と同様に、電磁コイル９３とハウジング１０との間のガタつきの発生を防止乃至抑制することができるとともに、電磁コイル９３の全体を最もバランスよく支持することができる。

本発明に係る気体圧縮機は、上述した実施形態であるベーンロータリ形式のコンプレッサに限定されるものではなく、斜板形式やスクロール形式等のコンプレッサであってもよく、その形式に限定されるものではない。

１０ ハウジング
１３ 座面
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ 部分
５１ 回転軸
９０ 電磁クラッチ
９３ 電磁コイル
９３ａ コア
９３ｂ コアケース
９３ｃ 環状板
９３ｅ 端面
９３ｇ 中心
９４ アーマチュア
１００ コンプレッサ（気体圧縮機）
Ｃ 軸心

Claims (3)

1. 回転軸を含む圧縮機本体を収容するハウジングと、前記回転軸を中心とする円環状に形成された電磁コイルを有する電磁クラッチとを備え、
   前記ハウジングに形成された、前記電磁コイルの一方の端面が突き当てられる座面の少なくとも一部は、前記電磁コイルの中心半径よりも半径方向の外側まで延びて形成され、
   前記座面の、前記回転軸を中心とする少なくとも３つの部分が、前記電磁コイルの中心半径よりも半径方向の外側まで延びて形成されている気体圧縮機。
2. 前記少なくとも３つの部分のうち３つの部分は、前記回転軸を囲む位置に形成されている請求項１に記載の気体圧縮機。
3. 前記少なくとも３つの部分は、前記回転軸を中心として略等角度間隔の位置に形成されている請求項１に記載の気体圧縮機。