JP6090405B1 - 圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】新たに部品を追加することなく、簡単な構成で安価にロータの振動や騒音を低減できる圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機は、偏心部(２６)を有する回転軸(１２)と、回転軸(１２)に連結されたロータ(６)を有するモータと、モータにより回転軸(１２)を介して駆動される圧縮機構部と、ロータ(６)の圧縮機構部に対向する側の軸方向の一端に設けられた第１バランスウェイト(１０１)と、ロータ(６)の軸方向の他端に設けられた第２バランスウェイト(１０２)とを備える。第１,第２バランスウェイト(１０１,１０２)の重心が、回転軸(１２)の偏心部(２６)の偏心方向に沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、ロータ(６)の回転方向の予め設定された進み角度θ１,θ２の位置になるように、第１,第２バランスウェイト(１０１,１０２)を配置する。【選択図】図２

Description

この発明は、圧縮機に関する。
従来、圧縮機としては、偏心部を有するクランク軸をモータのロータに連結し、そのクランク軸を介してモータにより圧縮機構部を駆動するものがある(例えば、特開２００４−２７０６５４号公報(特許文献１)参照)。
特開２００４−２７０６５４号公報
ところで、上記圧縮機では、運転中にクランク軸が圧縮荷重を受けることにより軸受内において傾いたり、圧縮荷重や、モータのエアギャップの不均一による荷重およびバランスウェイトの遠心力により、クランク軸に撓みが生じたりして、モータのロータの重心位置が変化しながら回転するため、ロータが半径方向に振動する。このような圧縮機では、クランク軸の傾きや撓みを解析して対策することが困難なため、ロータの半径方向の振動やそれによる騒音を低減することが容易でないという問題がある。
そこで、この発明の課題は、新たに部品を追加することなく、簡単な構成で安価にロータの振動や騒音を低減できる圧縮機を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の圧縮機は、
偏心部を有する回転軸と、
上記回転軸に連結されたロータを有するモータと、
上記モータにより上記回転軸を介して駆動される圧縮機構部と、
上記ロータの上記圧縮機構部に対向する側の軸方向の一端に設けられた第１バランスウェイトと、
上記ロータの軸方向の他端に設けられた第２バランスウェイトと
を備え、
上記第１,第２バランスウェイトの少なくとも一方の重心が、上記回転軸の上記偏心部の偏心方向に沿って回転中心を通る基準平面に対して、上記ロータの回転方向の予め設定された進み角度の位置になるように、上記第１,第２バランスウェイトを配置していることを特徴とする。
上記構成によれば、ロータの軸方向の両端に設けられた第１,第２バランスウェイトの少なくとも一方の重心が、回転軸の偏心部の偏心方向に対してロータの回転方向の予め設定された進み角度の位置になるように、第１,第２バランスウェイトを配置する。ここで、上記進み角度を最適な角度に設定することにより、ロータの半径方向の振動加速度成分を低減することが可能になる。したがって、新たに部品を追加することなく、安価に振動や騒音を低減することができる。
また、一実施形態の圧縮機では、
上記第１,第２バランスウェイトの両方の重心が、上記回転軸の上記偏心部の偏心方向に沿って回転中心を通る基準平面に対して、上記ロータの回転方向の予め設定された上記進み角度の位置になるように、上記第１,第２バランスウェイトを配置している。
上記実施形態によれば、第１,第２バランスウェイトの両方の重心が、回転軸の偏心部の偏心方向に沿って回転中心を通る基準平面に対してロータの回転方向の予め設定された進み角度の位置になるように、第１,第２バランスウェイトを配置することによって、ロータの半径方向の振動加速度成分を効果的に低減できる。
なお、上記第１バランスウェイトと第２バランスウェイトのそれぞれの進み角度は、異なる角度であってもよい。
また、一実施形態の圧縮機では、
上記進み角度は、３°よりも大きくかつ１０°以下である。
上記実施形態によれば、第１,第２バランスウェイトの少なくとも一方の重心が、回転軸の偏心部の偏心方向に対してロータの回転方向の進み角度が３°よりも大きくかつ１０°以下の位置になるように、第１,第２バランスウェイトを配置する。これにより、ロータの半径方向の振動加速度成分を容易に低減できる。
以上より明らかなように、この発明によれば、ロータの軸方向の両端に設けられた第１,第２バランスウェイトの少なくとも一方の重心を、回転軸の偏心部の偏心方向に沿って回転中心を通る基準平面に対してロータの回転方向の予め設定された進み角度の位置に配置することによって、新たに部品を追加することなく、簡単な構成で安価にロータの振動や騒音を低減できる圧縮機を実現することができる。
図１はこの発明の実施の一形態の圧縮機の縦断面図である。 図２は上記圧縮機のモータのロータを含む要部の上面図である。 図３は上記モータの運転周波数に対する振動加速度の変化を示す図である。 図４は他のモータの運転周波数に対する振動加速度の変化を示す図である。
以下、この発明の圧縮機を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の一形態の圧縮機の縦断面図を示している。
この実施の形態の圧縮機は、図１に示すように、密閉容器１と、この密閉容器１内に配置された圧縮機構部２と、密閉容器１内に配置され、圧縮機構部２を回転軸１２を介して駆動するモータ３とを備えている。この実施の形態の圧縮機は、１シリンダ構成のロータリ圧縮機である。
上記圧縮機は、密閉容器１内の下側に、圧縮機構部２を配置し、その圧縮機構部２の上側にモータ３を配置している。このモータ３は、回転軸１２の上側に連結され、永久磁石(図示せず)が埋め込まれたロータ６と、そのロータ６の外周側を囲むステータ５とを有する。モータ３のロータ６によって、回転軸１２を介して、圧縮機構部２を駆動するようにしている。
上記ロータ６は、円筒形状のロータ本体６ａと、このロータ本体６ａに埋設された平板状の複数の永久磁石(図示せず)とを有する。ロータ本体６ａは、例えば積層された電磁鋼板からなる。
上記ステータ５は、円筒形状のステータコア５ａと、このステータコア５ａに巻き付けられたコイル５ｂとを有する。ステータコア５ａは、積層された複数の鋼板からなり、焼き嵌めなどによって、密閉容器１内に嵌め込まれている。コイル５ｂは、ステータコア５ａの各ティース部にそれぞれ巻かれており、このコイル５ｂは、いわゆる集中巻きである。
上記圧縮機構部２は、アキュームレータ１０から吸入管１１を通して冷媒ガスを吸入する。この冷媒ガスは、この圧縮機とともに、冷凍システムの一例としての空気調和機を構成する図示しない凝縮器、膨張機構、蒸発器を制御することによって得られる。
上記圧縮機は、圧縮した高温高圧の冷媒ガスを、圧縮機構部２から吐出して密閉容器１の内部に満たすと共に、モータ３のステータ５とロータ６との間の隙間を通して、モータ３を冷却した後、モータ３の上側に設けられた吐出管１３から外部に吐出するようにしている。
上記密閉容器１内の高圧領域の下部には、潤滑油が溜められた油溜まり部９が形成されている。この潤滑油は、油溜まり部９から、回転軸１２に設けられた油通路(図示せず)を通って、圧縮機構部２等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。
上記圧縮機構部２は、密閉容器１の内面に取り付けられるシリンダ２１と、このシリンダ２１の上下の開口端のそれぞれに取り付けられている上側の端板部材５０(フロントヘッド)および下側の端板部材６０(リアヘッド)とを備える。上記シリンダ２１と上側の端板部材５０と下側の端板部材６０によって、シリンダ室２２を形成する。
上記上側の端板部材５０は、円板状の本体部５１と、この本体部５１の中央に上方へ設けられたボス部５２とを有する。本体部５１およびボス部５２は、回転軸１２が挿通されている。
上記本体部５１には、シリンダ室２２に連通する吐出口５１ａが設けられている。上記本体部５１に関してシリンダ２１と反対側に位置するように、本体部５１に吐出弁３１が取り付けられている。この吐出弁３１は、例えば、リード弁であり、吐出口５１ａを開閉する。
上記本体部５１には、シリンダ２１と反対の側に、吐出弁３１を覆うようにカップ型のマフラカバー４０が取り付けられている。このマフラカバー４０は、ボルト３５などによって本体部５１に固定されている。上記マフラカバー４０は、ボス部５２が挿通されている。上記マフラカバー４０および上側の端板部材５０によって、マフラ室４２を形成する。上記マフラ室４２とシリンダ室２２とは、吐出口５１ａを介して連通されている。
上記マフラカバー４０は、マフラ室４２とマフラカバー４０の外側とを連通する孔部４３を有する。
上記下側の端板部材６０は、円板状の本体部６１と、この本体部６１の中央に下方へ設けられたボス部６２とを有する。上記本体部６１およびボス部６２は、回転軸１２が挿通されている。
このように、回転軸１２の一端部は、上側の端板部材５０および下側の端板部材６０に支持されている。上記回転軸１２の一端部(支持端側)は、シリンダ室２２の内部に進入している。
上記回転軸１２の支持端側には、圧縮機構部２側のシリンダ室２２内に位置するように、偏心部２６を設けている。この偏心部２６は、ピストン２８のローラ２７に嵌合している。このピストン２８は、シリンダ室２２内で、公転可能に配置され、このピストン２８の公転運動で圧縮作用を行うようにしている。
言い換えると、回転軸１２の一端部は、偏心部２６の両側において、圧縮機構部２のハウジング７で支持されている。このハウジング７は、上側の端板部材５０および下側の端板部材６０を含む。
また、上記ロータ６の下端(すなわち圧縮機構部２に対向する側の軸方向の一端)かつ回転軸１２の偏心部２６の偏心方向と反対の側に、第１バランスウェイト１０１を設けている。一方、ロータ６の上端(すなわち軸方向の他端)かつ回転軸１２の偏心部２６の偏心方向と同じ側に第２バランスウェイト１０２を設けている。第１,第２バランスウェイト１０１,１０２は、リベット(図示せず)によってロータ６に締結されている。
図２はモータ３のロータ６を含む要部の上面図を示している。
図２に示すように、第１バランスウェイト１０１の重心Ｃ１は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌを含みかつ回転中心Ｏを通る基準平面に対して、ロータ６の回転方向(矢印Ｒ)の予め設定された進み角度θ１の位置に配置されている。
一方、第２バランスウェイト１０２の重心Ｃ２は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、ロータ６の回転方向(矢印Ｒ)の予め設定された進み角度θ２の位置に配置されている。
この実施の形態では、進み角度θ１,θ２を５°としている。
上記第１,第２バランスウェイト１０１,１０２によって、偏心部２６による回転軸１２のアンバランスを低減している。
ここで、回転軸１２が完全剛体で回転軸１２が傾いたり撓みが生じたりしない理想的な圧縮機では、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２を、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面上の位置(基準位置)にしていても、ロータ６が振動するという問題はない。しかしながら、実際には、運転中に回転軸１２が圧縮荷重を受けることにより軸受内において傾いたり、圧縮荷重や、モータのエアギャップの不均一による荷重およびバランスウェイトの遠心力により、回転軸１２に撓みが生じたりするため、ロータ６が半径方向に振動する。
そこで、本発明者は、このような問題を解決すべく、上記構成の圧縮機において、モータ３の第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２を、基準位置(±０°)、進み角度５°、遅れ角度５°とした場合について、運転周波数に対する振動加速度の変化を測定する実験を行った。
図３はこの実験により得られたモータ３の運転周波数に対する振動加速度の変化を示している。図３において、横軸は運転回転数[ｒｐｓ](１秒あたりの回転数)を表し、縦軸はロータ６の半径方向の振動加速度[ｄＢ]を表す。ここで、振動加速度は、運転回転数と同じ周波数における加速度成分である。
図３に示すように、一点鎖線で表すグラフ(「中央(±０°)」)では、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面上の位置に配置されている。
また、実線で表すグラフ(「進み(＋５°)」)では、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、進み角度５°の位置に配置されている。
また、点線で表すグラフ(「遅れ(−５°)」)では、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、遅れ角度５°の位置に配置されている。
図３の実験結果から明らかなように、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２を、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、進み角度５°の位置に配置したとき、大幅に振動加速度を低減できることが分かった。
上記構成の圧縮機では、ロータ６の軸方向の両端に設けられた第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の両方の重心が、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向に対してロータ６の回転方向の予め設定された進み角度θ１,θ２(θ１＝θ２)の位置になるように、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２を配置している。ここで、上記進み角度θ１を最適な角度に設定することにより、ロータ６の半径方向の振動加速度成分を低減することが可能になる。したがって、新たに部品を追加することなく、安価に振動や騒音を低減することができる。
なお、上記第１バランスウェイト１０１と第２バランスウェイト１０２のそれぞれの進み角度θ１,θ２は、異なる進み角度であってもよいし、第１バランスウェイト１０１と第２バランスウェイト１０２のうちの一方のみが、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、ロータ６の回転方向の予め設定された進み角度の位置になるように、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２を配置してもよい。この場合も、振動や騒音を低減する効果か得られる。
上記実施の形態では、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、進み角度５°の位置に配置したが、これに限らず、進み角度は、３°よりも大きくかつ１０°以下であればよい。これにより、ロータの半径方向の振動加速度成分を低減できる効果を容易に得ることができる。
例えば、図４は他のモータを用いた実験により得られた運転周波数に対する振動加速度の変化を示している。この図４における圧縮機は、図３のモータ３とは容量が大きい点が異なる以外は図３に示す圧縮機と同一の構成をしており、図１,図２を援用する。
図４において、横軸は運転回転数[ｒｐｓ](１秒あたりの回転数)を表し、縦軸はロータ６の半径方向の振動加速度[ｄＢ]を表す。ここで、振動加速度は、運転回転数と同じ周波数における加速度成分である。
図４に示すように、一点鎖線で表すグラフ(「中央(±０°)」)では、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面上の位置に配置されている。
また、実線で表すグラフ(「進み(＋１０°)」)では、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、進み角度１０°の位置に配置されている。
また、点線で表すグラフ(「遅れ(−１０°)」)では、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２は、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、遅れ角度１０°の位置に配置されている。
図４の実験結果から明らかなように、第１,第２バランスウェイト１０１,１０２の重心Ｃ１,Ｃ２を、回転軸１２の偏心部２６の偏心方向を表す直線Ｌに沿って回転中心Ｏを通る基準平面に対して、進み角度１０°の位置に配置したとき、大幅に振動加速度を低減することができた。
上記実施の形態では、１シリンダ構造の圧縮機について説明したが、２シリンダ構造の圧縮機にこの発明を適用してもよい。
また、上記実施の形態では、ロータリ圧縮機について説明したが、揺動型圧縮機やスクロール圧縮機などの圧縮機にこの発明を適用してもよい。
また、上記実施の形態では、永久磁石埋め込み型のモータを備えた圧縮機について説明したが、リラクタンスモータなどの他の構成のモータでもよい。
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
１…密閉容器
２…圧縮機構部
３…モータ
５…ステータ
６…ロータ
７…ハウジング
９…油溜まり部
１０…アキュームレータ
１１…吸入管
１２…回転軸
１３…吐出管
２１…シリンダ
２２…シリンダ室
２５…ブッシュ
２６…偏心部
２７…ローラ
２８…ピストン
３１…吐出弁
３５…ボルト
４０…マフラカバー
４２…マフラ室
４３…孔部
５０…端板部材
５１…本体部
５１ａ…吐出口
５２…ボス部
６０…端板部材
６１…本体部
６２…ボス部
１０１…第１バランスウェイト
１０２…第２バランスウェイト

Claims (3)

  1. 偏心部(２６)を有する回転軸(１２)と、
    上記回転軸(１２)に連結されたロータ(６)を有するモータ(３)と、
    上記モータ(３)により上記回転軸(１２)を介して駆動される圧縮機構部(２)と、
    上記ロータ(６)の上記圧縮機構部(２)に対向する側の軸方向の一端に設けられた第１バランスウェイト(１０１)と、
    上記ロータ(６)の軸方向の他端に設けられた第２バランスウェイト(１０２)と
    を備え、
    上記第１,第２バランスウェイト(１０１,１０２)の少なくとも一方の重心が、上記回転軸(１２)の上記偏心部の偏心方向に沿って回転中心を通る基準平面に対して、上記ロータ(６)の回転方向の予め設定された進み角度の位置になるように、上記第１,第２バランスウェイト(１０１,１０２)を配置していることを特徴とする圧縮機。
  2. 請求項１に記載の圧縮機において、
    上記第１,第２バランスウェイト(１０１,１０２)の両方の重心が、上記回転軸(１２)の上記偏心部(２６)の偏心方向に沿って回転中心を通る基準平面に対して、上記ロータ(６)の回転方向の予め設定された上記進み角度の位置になるように、上記第１,第２バランスウェイト(１０１,１０２)を配置していることを特徴とする圧縮機。
  3. 請求項１または２に記載の圧縮機において、
    上記進み角度は、３°よりも大きくかつ１０°以下であることを特徴とする圧縮機。
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