(57)【要約】【課題】非定常時や低回転数での運転時にてシャフトおよびそれに装着される回転子に発生する振動を効果的に低減できる圧縮機、ならびに、かかる圧縮機を含む空気調和機を提供すること。【解決手段】この圧縮機１は、駆動部３と、圧縮機構部４と、錘部５とを有する。駆動部３は、固定子３１および回転子３２を有すると共に回転子３２がシャフト３３に連結されており、回転子３２を回転させてシャフト３３に動力を伝達する。圧縮機構部４は、ロータ４１およびこのロータ４１を収容する圧縮室４２を有すると共にロータ４１がシャフト３３の回転軸に対して偏心して設置されており、シャフト３３の回転によりロータ４１を偏心運動させて圧縮室４２に吸入された流体を圧縮する。錘部５は、回転子３２もしくはシャフト３３に設置されることによりシャフト３３の回転軸周りの慣性モーメントを増強させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子および回転子を有すると共に前記回転子がシャフトに連結されており、前記回転子を回転させて前記シャフトに動力を伝達する駆動部と、
ロータおよび前記ロータを収容する圧縮室を有すると共に前記ロータが前記シャフトの回転軸に対して偏心して設置されており、前記シャフトの回転により前記ロータを偏心運動させて前記圧縮室に吸入された流体を圧縮する圧縮機構部と、
前記回転子もしくは前記シャフトに設置されることにより前記シャフトの回転軸周りの慣性モーメントを増強させる錘部と、
を含むことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記錘部が拡径部を有することにより、前記錘部の回転軸周りの径が拡張されている請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記拡径部が略板状形状もしくは略円盤形状を有する請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記錘部が前記シャフトの回転軸に対して偏心していると共に、前記錘部と前記ロータとの中間に中間錘部が設置されており、前記錘部の偏心および前記中間錘部によって前記ロータの偏心がバランスされることにより、前記シャフトの回転バランスが調整されている請求項１〜３のいずれか一つに記載の圧縮機。
【請求項５】
前記錘部の偏心が、前記錘部に設けられた偏心穴により形成されている請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記シャフトの一端がスラスト軸受により支持されており、且つ、
前記錘部が翼型形状を有することにより回転時にて推進力を発生すると共に、この推進力が前記シャフトを前記スラスト軸受から浮上させる方向に作用するように構成される請求項１〜５のいずれか一つに記載の圧縮機。
【請求項７】
前記錘部のうち少なくとも前記翼型形状を有する部分が、薄板部材を積層して構成される請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の圧縮機を含む空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧縮機および空気調和機に関し、さらに詳しくは、非定常時や低回転数での運転時にてシャフトおよびそれに装着される回転子に発生する振動を効果的に低減できる圧縮機、ならびに、かかる圧縮機を含む空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機のロータは、一般にシャフトの回転軸に対して偏心しているため、特に、単一のロータから成る圧縮機（シングルロータの圧縮機）では、非定常時や低回転数での運転時にてシャフトに振動が発生するという課題がある。
【０００３】
従来のシングルロータリ圧縮機では、その構造上、吸入・圧縮・排出行程での負荷変動が大きく、一定電圧を印加していた制御に対し、負荷トルクパターンに合わせたモータトルクを制御することで固定子の加速度を一定にし、非定常運転時等におけるシャフトの振動を抑制していた。
【０００４】
【非特許文献１】シャープ技報第８２号２００２年４月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてされたものであって、非定常時や低回転数での運転時にてシャフトおよびそれに装着される回転子に発生する振動を効果的に低減できる圧縮機、ならびに、かかる圧縮機を含む空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明にかかる圧縮機は、固定子および回転子を有すると共に前記回転子がシャフトに連結されており、前記回転子を回転させて前記シャフトに動力を伝達する駆動部と、ロータおよび前記ロータを収容する圧縮室を有すると共に前記ロータが前記シャフトの回転軸に対して偏心して設置されており、前記シャフトの回転により前記ロータを偏心運動させて前記圧縮室に吸入された流体を圧縮する圧縮機構部と、前記回転子もしくは前記シャフトに設置されることにより前記シャフトの回転軸周りの慣性モーメントを増強させる錘部とを含むことを特徴とする。
【０００７】
この圧縮機では、回転子もしくは前記シャフトに錘部が設置されていることにより、シャフトの回転軸周りの慣性モーメントが増強されている。これにより、稼働時にてシャフトが安定的に回転するので、非定常時や低回転数時での運転時にて発生する振動が低減される利点がある。特に、上記の構成は、シングルロータ構造を有する圧縮機において有益である。
【０００８】
また、この発明にかかる圧縮機は、前記錘部が拡径部を有することにより、前記錘部の回転軸周りの径が拡張されている。
【０００９】
この圧縮機では、錘部が拡径部を有することにより、その回転軸周りの径が拡張されているので、かかる錘部が回転子もしくはシャフトに設置されることによりシャフトの慣性モーメントがより増強される。これにより、稼働時にてシャフトがより安定的に回転するので、非定常運転時等での振動がより効果的に低減される利点がある。
【００１０】
また、この発明にかかる圧縮機は、前記拡径部が略板状形状もしくは略円盤形状を有する。
【００１１】
この圧縮機では、錘部の拡径部が略板状形状もしくは略円盤形状を有するので、錘部の厚みの増加を抑制しつつ錘部の回転軸周りの慣性モーメントを効果的に高め得る利点がある。
【００１２】
また、この発明にかかる圧縮機は、前記錘部が前記シャフトの回転軸に対して偏心していると共に、前記錘部と前記ロータとの中間に中間錘部が設置されており、前記錘部の偏心および前記中間錘部によって前記ロータの偏心がバランスされることにより、前記シャフトの回転バランスが調整されている。
【００１３】
この圧縮機では、錘部の偏心および中間錘部によってロータの偏心がバランスされており、これにより、シャフトの回転バランスが調整されている。かかる構成では、稼働時にてシャフトが安定的に回転するので、非定常運転時等における振動の発生がより効果的に低減される利点がある。特に、かかる構成は、シングルロータ式の圧縮機構部４を有する圧縮機において有益である。
【００１４】
また、この発明にかかる圧縮機は、前記錘部の偏心が、前記錘部に設けられた偏心穴により形成されている。
【００１５】
この圧縮機では、錘部の偏心が錘部に設けられた偏心穴により形成されているので、錘部に対して別個にバランスウェイトを設置する構成と比較して、錘部の厚みの増加を低減できる利点がある。
【００１６】
また、この発明にかかる圧縮機は、前記シャフトの一端がスラスト軸受により支持されており、且つ、前記錘部が翼型形状を有することにより回転時にて推進力を発生すると共に、この推進力が前記シャフトを前記スラスト軸受から浮上させる方向に作用するように構成される。
【００１７】
この圧縮機では、錘部が翼型形状を有するので回転時にて推進力が発生し、且つ、この推進力がシャフトを軸受から浮上させる方向に作用するように構成されている。かかる構成では、軸受に対するスラスト力が低減されるので、高回転数での運転時にて軸受の焼き付きが抑制される利点がある。
【００１８】
また、この発明にかかる圧縮機は、前記錘部のうち少なくとも前記翼型形状を有する部分が、薄板部材を積層して構成される。
【００１９】
この圧縮機では、錘部のうち少なくとも翼型形状を有する部分が薄板部材を積層して構成されるので、任意の翼型形状を容易に成形できる利点がある。
【００２０】
また、この発明にかかる空気調和機は、上記のいずれかに記載の圧縮機を含む。
【００２１】
この空気調和機では、上記の圧縮機が採用されているので、稼働時における圧縮機（シャフト）の振動が効果的に低減される。これにより、システム（室外ユニット）の騒音を効果的に抑制できる利点がある。
【発明の効果】
【００２２】
この発明にかかる圧縮機によれば、回転子もしくは前記シャフトに錘部が設置されていることにより、シャフトの回転軸周りの慣性モーメントが増強されているので、稼働時にてシャフトが安定的に回転して、非定常時や低回転数時での運転時にて発生する振動が低減される利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２４】
図１は、この発明の実施例にかかる圧縮機を示す断面図である。図２および図３は、図１に記載した圧縮機の錘部を示す平面図（図２）および正面図（図３）である。図４〜図９は、図２および図３に記載した錘部の変形例を示す図である。
【００２５】
この圧縮機１は、例えば、空気調和機に適用される。かかる空気調和機としては、例えば、室外に配置される室外ユニットと室内に配置される複数の室内ユニットとを含み構成され、室外ユニットおよび各室内ユニット間に冷媒を循環させて室内および室外にて熱交換を行うことにより、室内の冷房、暖房および冷暖房を行うことができるものが知られている。かかる空気調和機において、圧縮機１は、室外ユニットに配置されると共に、冷媒を吸入・圧縮して室外ユニットおよび室内ユニットの各要素に供給する機能を有する。
【００２６】
この圧縮機１は、密閉構造を有すると共に、吸入管２４および吐出管２５を介して他の構成要素（アキュムレータ、熱交換器などの空気調和機の構成要素）に接続されている（図１参照）。圧縮機１は、冷媒（流体）を吸入管２４から内部に吸い込み、圧縮して、吐出管２５から外部に吐き出す。これにより、加圧された冷媒が空気調和機内を循環する。圧縮機１は、筐体２と、駆動部３と、圧縮機構部４と、錘部５とを含み構成される。
【００２７】
筐体２は、略円筒形状の胴部２１に上蓋２２および底蓋２３を嵌め込んで成る密閉構造を有し、その内部に駆動部３、圧縮機構部４などを収容する。筐体２は、その長手方向を垂直に立てて配置されており、その下方の側面に吸入管２４が設置され、その上蓋２２に吐出管２５が設置されている。これにより、圧縮機１内では、冷媒が筐体２内を鉛直下方から上方に流れるように構成されている。また、筐体２は、その底部（底蓋２３）が油溜まりとなっており、この油溜まりには圧縮機構部４に供給される潤滑油が溜められている。なお、この圧縮機１では、方向の定義として、筐体２の上蓋２２側を上方と呼び、底蓋２３側を下方と呼ぶ。
【００２８】
駆動部３は、スロットモータであり、固定子３１、回転子３２およびシャフト３３を含み構成される。駆動部３は、固定子３１にて筐体２の内壁面に固定されると共に、シャフト３３を鉛直下方に向けて設置されている（図１参照）。また、固定子３１と筐体２の内壁面との間には、冷媒の流路となる隙間が設けられている。また、シャフト３３は、その下端を圧縮機構部４内に配置された軸受３４によって支持されている。この駆動部３は、配線を介して筐体２の外部から電源が供給される。
【００２９】
圧縮機構部４は、筐体２内にて駆動部３の下方に配置されており、ロータ４１と、このロータ４１を収容する圧縮室（シリンダ）４２とを含み構成されている（図１参照）。圧縮機構部４は、駆動部３のシャフト３３に連結されており、シャフト３３を介して駆動部３から動力を伝達される。この圧縮機構部４では、シャフト３３の回転によってロータ４１が偏心運動し、圧縮室４２内の冷媒が圧縮される。そして、圧縮された冷媒が、シャフト３３内に形成された流路を通って圧縮機構部４の外部（筐体２内）に噴き出される。
【００３０】
錘部５は、略円柱形状の本体部５１と略円盤形状の拡径部５２とを含み、拡径部５２が本体部５１に対して同心となるように本体部５１の上端部に設置されて構成されている（図２参照）。また、錘部５は、スチールその他の重量材料によって構成されている。また、錘部５は、側面視にて、拡径部５２が本体部５１に対して鍔状にせり出すことにより、本体部５１の回転軸周りの径が拡張されている。この錘部５は、駆動部３の上方（吐出管２５側）に配置されており、その回転軸が回転子３２の回転軸と同心となるように、本体部５１の下端部にて駆動部３の回転子３２に固定されている。また、錘部５は、拡径部５２が筐体２の内径よりも若干小さい径を有しており、設置状態にて、拡径部５２の外周と筐体２の内壁面との間に隙間が形成されるように構成されている。なお、この隙間は、圧縮機構部４から吐出管２５に至る冷媒の流路となる。また、この圧縮機１では、錘部５が駆動部３の回転子３２に取り付けられているが、これに限らず、錘部５がシャフト３３に取り付けられていても良い。
【００３１】
この圧縮機１では、冷媒が吸入管２４から筐体２内に吸入され、圧縮機構部４の圧縮室４２に供給される。そして、駆動部３によってシャフト３３が回転駆動されるとロータリ４１が偏心運動して、圧縮室４２内の冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は圧縮室４２と連通するよう設置された軸受３４にある吐出孔から筐体２内へ送り出される。圧縮機構部４には、その稼働時にて筐体２底部の油溜まりから潤滑油が供給される。潤滑油は、シャフト３３の回転による遠心力によって、シャフト３３の下端部からシャフト３３内の流路を通って上昇し、圧縮機構部４の圧縮室４２内に供給される。この供給された潤滑油は圧縮機構部４を潤滑したのち，軸受３４に設置された吐出孔およびシャフト３３内の流路を通って筐体２内へ排出される。かかる潤滑油を含んだ冷媒は、駆動部３（固定子３１）と筐体２の内壁面との隙間を通って筐体２内を流れ、駆動部３の上方にて錘部５の拡径部５２に至る。すると、拡径部５３が回転子３２と共に回転しているので、この拡径部５３に冷媒が衝突すると、潤滑油が冷媒から遠心分離される。これにより、油分が低減された冷媒が吐出管２５を通って筐体２の外部に吐出される。なお、冷媒から分離された潤滑油は、筐体２の内壁面を伝って自重により下方に落下し、筐体２の油溜まりに戻る。
【００３２】
この圧縮機１によれば、駆動部３の回転子３２（もしくはシャフト３３）に重量部材から成る錘部５が設置されているので、シャフト３３の回転軸周りの慣性モーメントが増強されている。これにより、稼働時にてシャフト３３が安定的に回転するので、非定常時や低回転数時での運転時にて発生する振動が低減される利点がある。
【００３３】
また、従来の圧縮機では、シャフトの回転を安定化させるためにロータの駆動にあたりトルク制御を行っていた。しかしながら、かかる構成では、駆動電流の増加が余儀なくされるため、稼働効率が大幅に悪化したりパワートランジスタの容量の増加等が必要となってインバータの製造コストが増加するという問題点がある。この点において、この圧縮機１では、上記のような簡易な構成にてシャフト３３の回転を安定化できるので、かかる問題点が生じないという利点がある。
【００３４】
また、従来の圧縮機では，筐体２の下方にある油溜まりにある潤滑油の油面が，高回転数時にシャフトおよびそれに装着された回転子の回転による遠心効果で筐体２の側面に押し付けられ，擬似的に油面が上がった状態となる。このとき，当然ながら潤滑油は固定子３１と筐体２の間に設けられた流路を通りやすい状況となるため，潤滑油を圧縮機１外へ持ち出しやすく信頼性を低下させる原因となっていた。この点において，この圧縮機１によれば高回転数時ほど，拡径部５の遠心分離効果は大きく，高回転数時に圧縮機１外へ持ち出される潤滑油の量を大幅に低減させることができ、OC％を抑制できる利点がある。
【００３５】
また、この圧縮機１では、錘部５が本体部５１および拡径部５２から成ると共に、拡径部５２が略板状形状（略円盤形状）を有することにより、その回転軸周りの径が拡張されている。言い換えると、錘部５は、側面視にて鍔状にせり出した拡径部５２を有することにより、その回転軸周りの径が拡張されている。したがって、かかる錘部５が回転子３２（もしくはシャフト３３）に設置されることにより、シャフト３３の慣性モーメントがより増強される。これにより、稼働時にてシャフト３３がより安定的に回転するので、非定常運転時等での振動がより効果的に低減される利点がある。また、拡径部５２が略板状形状（略円盤形状）を有することにより、錘部５の厚みの増加を抑制しつつ錘部５の回転軸周りの慣性モーメントを効果的に高め得る利点がある。
【００３６】
また、この圧縮機１では、錘部５に偏心穴（偏心孔）５３が形成されている（図１〜図３参照）。この偏心穴５３は、錘部５の回転軸に対して偏心しており、平面視にて錘部５の略中央に位置すると共に錘部５の厚み方向に錘部５を貫通するように形成されている。錘部５では、かかる偏心穴５３により回転軸周りの重量に偏りが形成されている。また、駆動部３の回転子３２の下方側（圧縮機構部４側）には、中間錘部６が設置されている。この中間錘部６は、ロータ４１および錘部５の重心の略中間に設置されている。また、上記のように、圧縮機構部４のロータ４１は、シャフト３３の回転軸に対して偏心して設置されている。
【００３７】
ここで、錘部５の偏心ならびに中間錘部６の設置位置および重量は、ロータ４１の偏心を基準として規定されており、これらによってロータ４１の偏心がバランスされることにより、シャフト３３の回転バランスが調整されている。言い換えると、ロータ４１の偏心、錘部５の偏心、ならびに、中間錘部６の設置位置および重量は、シャフト３３の回転軸に対して相互にバランスするように構成されている。かかる構成では、稼働時にてシャフト３３が安定的に回転するので、非定常運転時等における振動の発生がより効果的に低減される利点がある。特に、かかる構成は、シングルロータ式の圧縮機構部４を有する圧縮機１において有益である。
【００３８】
また、この圧縮機１では、上記のように錘部５に偏心穴５３が形成されることによって、シャフト３３の回転バランスが調整されているが、かかる構成は、錘部５に対して別個にバランスウェイトを設置する構成（図４および図５参照）と比較して、錘部５の厚みの増加を低減できるので筐体２の長さを短くでき，コンパクトな圧縮機を提供することができる。しかし、これに限らず、錘部５の拡径部５２上に別個にバランスウェイト５４が設置され、このバランスウェイト５４によってシャフト３３の回転バランスが調整される構成としても良い（図４および図５参照）。これにより、簡易に錘部５の偏心を形成できる利点がある。
【００３９】
また、この圧縮機１において、さらに、錘部５の拡径部５２の周上に厚肉部５５が形成されることにより、錘部５の回転軸周りの慣性モーメントが高められても良い（図６参照）。これにより、簡易な構成にてシャフト３３の回転を安定化できる利点がある。また、上記の構成において、さらに、厚肉部５５の肉厚に偏りが形成されることによって、シャフト３３の回転バランスが調整される構成としても良い（図示省略）。これにより、簡易な構成にてシャフト３３の回転をより効果的に安定化できる利点がある。
【００４０】
また、この圧縮機１において、錘部５（の拡径部５２）が翼型形状を有する構成としても良い（図７および図８参照）。具体的には、例えば、拡径部５２に対して周方向に複数のスリット５６が形成され、これらのスリット５６が拡径部５２の厚み方向に傾斜する構成としても良い。また、錘部５の翼型形状は、回転時にてシャフト３３が軸受３４から浮上する方向（筐体２内における上方）に、推進力が発生するように構成される。かかる構成では、シャフト３３の回転時にて、錘部５からの推進力によりシャフトが軸受３４から浮上するので、軸受３４にかかるスラスト力が低減される。これにより、高回転数での運転時における軸受３４の焼き付きが抑制される利点がある。また、錘部５が回転することで駆動部３近傍における冷媒ガスの流速が大きくなり，駆動部３が冷却されるので、駆動部３の駆動効率が向上する利点がある。
【００４１】
また、この圧縮機１では、例えば、鋳造により錘部５が成形される。しかし、これに限らず、上記のように錘部５（の拡径部５２）が翼型形状を有する構成（図７および図８参照）では、錘部５の少なくとも一部（拡径部５１もしくは翼型形状を有する部分）が薄板部材を積層して成る構造を有しても良い（図９参照）。かかる構成では、構成要素である薄板部材を任意の形状に加工し、かかる複数の薄板部材を積層することにより、任意の立体的形状（翼型形状）が容易に成形可能である。これにより、拡径部５２のスリット５６の形状や、拡径部５２の厚み方向にかかるスリット５６の傾斜を容易かつ高精度に形成できる利点がある。なお、かかる構成では、構成要素である薄板部材が、圧着やボルト結合等によって結合される。
【００４２】
また、この圧縮機１は、特に、空気調和機に適用されることが好ましい。すなわち、上記構成によって、（１）稼働時における圧縮機１（シャフト３３）の振動が効果的に低減されるので、システム（室外ユニット）の騒音を効果的に抑制できる利点がある。また、錘部５が冷媒から潤滑油を分離する作用を有するので、（２）圧縮機１から吐出される潤滑油が低減されて、圧縮機の信頼性が向上し，かつこれに接続される熱交換器の熱交換効率も阻害せず，システムのメンテナンス負担が低減される利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる圧縮機は、非定常時や低回転数での運転時にてシャフトに発生する振動を効果的に低減できる点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施例にかかる圧縮機を示す断面図である。
【図２】図１に記載した圧縮機の錘部を示す平面図である。
【図３】図１に記載した圧縮機の錘部を示す正面図である。
【図４】図２および図３に記載した錘部の変形例を示す図である。
【図５】図２および図３に記載した錘部の変形例を示す図である。
【図６】図２および図３に記載した錘部の変形例を示す図である。
【図７】図２および図３に記載した錘部の変形例を示す図である。
【図８】図２および図３に記載した錘部の変形例を示す図である。
【図９】図２および図３に記載した錘部の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  圧縮機
２  筐体
２１  胴部
２２  上蓋
２３  底蓋
２４  吸入管
２５  吐出管
３  駆動部
３１  回転子
３２  固定子
３３  シャフト
３４  軸受
４  圧縮機構部
４１  ロータ
４２  圧縮室
５  錘部、錘部
５１  本体部
５２  拡径部
５３  偏心穴
５４  バランスウェイト
５５  厚肉部
５６  スリット
６  中間錘部
【図１】
2006144602.tif 000003
【図２】
2006144602.tif 000004
【図３】
2006144602.tif 000005
【図４】
2006144602.tif 000006
【図５】
2006144602.tif 000007
【図６】
2006144602.tif 000008
【図７】
2006144602.tif 000009
【図８】
2006144602.tif 000010
【図９】
2006144602.tif 000011