(57)【要約】【課題】従来の回転式電動圧縮機では、圧縮機構部および回転式電動機の回転子からなる圧縮機の回転部分の回転速度が、圧縮室の圧力変動が原因でシャフトの回転角度３６０度の周期で変動し、モーメントが発生する。これが原因となって密閉容器が振動し、不快な振動や騒音の要因となっていた。【解決手段】シャフト４と回転式電動機３の回転子１３の間に弾性部材２１、２２、２４を介在させて回転子をシャフトの中心軸まわりに結合、弾性支持させる。また回転子と圧縮機構部２の回転部分からなる系の固有振動数を、シャフトの回転数と一致させることにより、回転子と圧縮機構部の回転部分の角速度の変動によるモーメントを相殺させ、圧縮機の密閉容器１の振動を低減する。【選択図】　図１
2004060589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構部と、回転式電動機部とからなり、前記回転電動機部は、前記圧縮機構部を駆動するシャフトと、前記シャフトに連動して回転する回転子と、前記回転子を包囲する固定子とを備え、前記シャフトと回転子は、シャフトの中心軸方向には固定され、シャフトの中心軸まわりの方向には、ばね、ゴム等の弾性部材を介して結合したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記弾性部材をばねで構成するとともに、前記ばねを、前記シャフトと前記回転子を中心軸まわりの方向に結合するキーとこのキーを保持する溝の間に介在させたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記弾性部材をゴムまたは弾性を有する樹脂で構成するとともに、前記弾性部材を前記シャフトと前記回転子の貫通孔の間の空間に介在させたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記回転子の慣性モーメントをＩＲ、前記シャフトおよび前記圧縮機構部の回転部分の慣性モーメントをＩＳ、前記シャフトの回転数をｆとしたとき、前記弾性部材の回転ばね定数Ｋが、
Ｋ＝（２πｆ）２ＩＲＩＳ／（ＩＲ＋ＩＳ）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮機構部を、レシプロ式、ロータリ式のいずれかとしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮機。
【請求項６】
作業流体として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調用などの回転式圧縮機、特にその防振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調用の回転式電動圧縮機としては、例えば特開２００１−１３２６７４号公報に示された図５に示すようなロータリ圧縮機およびレシプロ式、スクロール式、ベーンロータリ式、斜板式等の容積型圧縮機が知られている。
【０００３】
従来の回転式電動圧縮機を図５、図６を用いて説明する。図５は従来のロータリ圧縮機の縦断面図、図６は同ロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。
【０００４】
ロータリ圧縮機は、密閉容器１と、その内部に配置された圧縮機構部２と、回転式電動機部３とから構成されている。圧縮機構部２は、中心軸Ｌ１を中心に回転するシャフト４と、このシャフト４の偏心軸４ａに嵌合し、シャフト４の回転に伴いシリンダ５の内部で偏心回転運動を行うローラ６と、このローラ６に先端を接しながら、シリンダ５の溝５ａ内を往復運動するベーン７と、上記シャフト４を支える上軸受８および下軸受９とから構成されている。回転式電動機部３は、密閉容器１の内部に溶接、固定された固定子１０と、前記シャフト４に回転方向には、キー１１で、軸方向には、止め輪１２で固定された回転子１３とから構成されている。
【０００５】
ロータリ圧縮機の作業流体は、吸入管１４からシリンダ５の吸入孔５ｂを通じて、圧縮室１５に導かれる。回転式電動機部３に通電して、回転子１３と一体のシャフト１４が回転するとローラ６は偏心回転運動を行い、圧縮室１５の容積は変化する。上記圧縮室１５の容積変化に伴い作業流体は圧縮される。圧縮された作業流体は、吐出孔１６の吐出弁（図示せず。）が開くと、密閉容器１の内部を経て、吐出管１７より密閉容器１の外部に吐出される。
【０００６】
図７にシャフト４の回転角度と圧縮室１５の容積の関係を示す。ローラ６がシリンダ５のベーン溝５ａ側に偏心しているとき、すなわち下死点にあるときの回転角度を０度とする。シャフト４の回転角度が０度のときに生じた圧縮機の容積は、図中に実線で示すように、シャフト４の回転に伴い０から３６０度の範囲では増加し、３６０度から７２０度の範囲では減少する。このように圧縮室１５の容積は、シャフト４の回転角度７２０度を１周期として変化する。一方、圧縮室１５は、シャフト４が１回転するごとに新たに生じるので、位相が３６０度異なる圧縮室１５が存在する。その容積変化を図中に破線で示す。
【０００７】
図８にシャフト４の回転角度と圧縮室１５の圧力の関係を示す。シャフト４の回転角度が０度のときに生じた圧縮室１５の圧力を実線で、位相が３６０度異なる圧縮室１５の圧力を破線で示す。圧縮室１５の容積が増加すると、圧縮室１５は、作業流体を吸入孔５ｂから吸入する。このときの圧力は、吸入圧力Ｐｓに等しい。次いで、圧縮室１５の容積が減少すると、作業流体は断熱圧縮され、圧縮室１５の圧力Ｐｃは上昇する。そして圧力Ｐｃが吐出圧力Ｐｄに達すると、吐出弁（図示せず。）が開き、作業流体は吐出される。このときの圧力は、吐出圧力Ｐｄで一定である。このように圧縮室１５の圧力は、容積変化と同様に、回転角度７２０度を１周期として変化する。
【０００８】
回転式電動機３の負荷トルクは、圧縮室１５の圧力変化に依存する。すなわち圧縮室１５の圧力が一定のときには、負荷トルクは減り、圧縮室１５の圧力が上昇するときには、負荷トルクは増加する。図９にシャフト４の回転角度と負荷トルクの関係を示す。位相が半周期異なる２つの圧縮室１５の圧力変化により、負荷トルクは、シャフト４の回転角度３６０度を１周期として変動する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
回転式電動機部３は、シャフト４の回転角度に関わらず一定のトルクを発生する。従って、負荷トルクが大きくなると回転速度は低下し、負荷トルクが小さくなると回転速度は増加する。すなわち圧縮機構部２のシャフト４およびローラ６、回転式電動機部３の回転子１３からなる回転部分の中心軸Ｌ１のまわりの回転速度が、シャフト４の回転角度３６０度の周期で変動し、その結果、中心軸Ｌ１のまわりにモーメントが発生する。従来の圧縮機では、このような回転部分のモーメントが原因となり、密閉容器１が中心軸Ｌ１のまわりに振動していた。密閉容器１の振動は、圧縮機の周囲へ振動を伝えるため、不快な振動や騒音の原因となっていた。なお同様の課題は、レシプロ式やスクロール式等の圧縮形式を問わず、回転式電動機を用いた容積型圧縮機であれば、必ず生じることになる。
【００１０】
また負荷トルクの変動は、圧縮機の圧力変化が大きいほど増大する。従って、圧縮機を吸入圧力と吐出圧力の差が大きい二酸化炭素を作動流体とした遷臨界サイクルに用いる場合には、特に振動が大きくなっていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧縮機は、圧縮機構部と、回転式電動機部とからなり、前記回転電動機部は、前記圧縮機構部を駆動するシャフトと、前記シャフトに連動して回転する回転子と、前記回転子を包囲する固定子とを備え、前記シャフトと回転子は、シャフトの中心軸方向には固定され、シャフトの中心軸まわりの方向には、ばね、ゴム等の弾性部材を介して結合したことを特徴とする。
【００１２】
また本発明の圧縮機は、前記弾性部材をばねで構成するとともに、前記ばねを、前記シャフトと前記回転子を中心軸まわりの方向に結合するキーとこのキーを保持する溝の間に介在させたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の圧縮機は、前記弾性部材をゴムまたは弾性を有する樹脂で構成するとともに、前記弾性部材を前記シャフトと前記回転子の貫通孔の間の空間に介在させたことを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明の圧縮機は、前記回転子の慣性モーメントをＩＲ、前記シャフトおよび前記圧縮機構部の回転部分の慣性モーメントをＩＳ、前記シャフトの回転数をｆとしたとき、前記弾性部材の回転ばね定数Ｋが、
Ｋ＝（２πｆ）２ＩＲＩＳ／（ＩＲ＋ＩＳ）を満たすことを特徴とする。
【００１５】
また本発明の圧縮機は、前記圧縮機構部を、レシプロ式、ロータリ式のいずれかとしたことを特徴とする。
【００１６】
また本発明の圧縮機は、作業流体として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜４を用いて説明する。本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機の構成は、本発明の特徴をなすシャフトと回転子の間に防振のための弾性部材を設けたことを除いて前記図５〜９で説明した従来例と同様の構成であり、本発明の実施の形態において、上記従来例と同様な部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるシャフト４と回転子１３であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。シャフト４の上側端部には圧縮機構部（図示せず）が配置されている。シャフト４には、回転子１３を同シャフト４に軸方向に固定するために上側の外径が僅かに大きい段差４ｂとその下側にリング溝２３（図２）が設けられている。そして段差４ｂとリング溝２３との中心軸Ｌ１方向の距離は、回転子１３の積厚と等しくしている。シャフト４は、下側端部４ｃから回転子１３の貫通孔１３ａに挿入される。回転子１３の上側端面１３ｂにシャフト４の段差４ｂが当たる位置まで挿入すると、回転子１３の下側端面１３ｃの位置にはシャフト４のリング溝２３が位置する。このリング溝２３に止め輪１２をはめることにより、シャフト４と回転子１３は中心軸Ｌ１の方向に固定される。
【００１９】
シャフト４には、中心軸Ｌ１の方向を長手方向とした溝４ｄが設けられており、この溝４ｄにキー１１が嵌合されている。回転子１３の貫通孔１３ａの内部にも中心軸Ｌ１の方向を長手方向とした溝１３ｄが設けられている。回転子１３の溝１３ｄの幅Ｗ１は、キー１１の幅Ｗ２よりも広く、これらの間に弾性部材となるばね２１が挿入されている。このばね２１により、回転子１３は、シャフト４の中心軸Ｌ１まわりに弾性支持される。すなわちシャフト４と回転子１３との相対的なモーメントをばね２１で支持することになる。
【００２０】
ばね２１の中心軸Ｌ１まわりの回転ばね定数Ｋは、回転式電動機部３の回転子１３の中心軸Ｌ１まわりの慣性モーメントをＩＲ、圧縮機構部２のシャフト４およびローラ６の中心軸Ｌ１まわりの慣性モーメントをＩＳ、シャフト４の回転数をｆとしたとき、Ｋ＝（２πｆ）２ＩＲＩＳ／（ＩＲ＋ＩＳ）を満たすものとする。なお、ばね２１が複数で構成されている場合（図３）は、これらのばねを合成した回転ばね定数Ｋが、Ｋ＝（２πｆ）２ＩＲＩＳ／（ＩＲ＋ＩＳ）を満たすものとする。
【００２１】
次に、図１で弾性部材として用いたばね２１の具体的構成について説明する。図２にシャフト４と回転子３の斜視図を示す。シャフト４に嵌合されたキー１１の両側には、板ばね２２を配置する。すなわち略く字状あるいは湾曲形状に形成された板ばね２２が回転子１３の貫通孔１３ａに設けられた溝１３ｄとキー１１との間の空間に配置され、この板ばね２２の両端部がキー１１の側面に、同板ばね２２の中央部が溝１３ｄの側面に弾接してシャフト４の中心軸Ｌ１まわりに発生するモーメントを相対的に支持するよう構成される。シャフト４と回転子１３との結合は、図２の状態から、シャフト４および板ばね２２が回転子１３の上側端面１３ｂにシャフト４の段差４ｂが当たる位置まで挿入し、シャフト４のリング溝２３に止め輪１２をはめることによりシャフト４と回転子１３を中心軸Ｌ１の方向に固定する。板ばね２２の合計の回転ばね定数Ｋは、Ｋ＝（２πｆ）２ＩＲＩＳ／（ＩＲ＋ＩＳ）とする。なお、板ばね２２の回転ばね定数Ｋと板ばね２２のばね定数ｋとの関係は、中心軸Ｌ１から板ばね２２までの半径方向の距離をｒとすると、Ｋ＝ｋ×ｒのように表される。
【００２２】
以上のような構成にしたことによる実施の形態の効果について説明する。シャフト４と回転子１３の間に弾性部材に相当するばね２１を設け、回転子１３をシャフト４の中心軸Ｌ１まわりに弾性支持したことにより、負荷トルクが変動し、圧縮機構部２のシャフト４およびローラ６の角速度の変動による中心軸Ｌ１のまわりのモーメントが発生しても、回転子１３はシャフト４に対して、これを緩和する方向に振動することが可能になる。従って、弾性部材が防振機構として作用し、密閉容器１の内部の回転部分であるシャフト４、ローラ６および回転子１３が発生するモーメントの和を減少させることができ、密閉容器１の振動を低減することができる。またこれにより、密閉容器１の内部に動吸振器のようなバランサーを特別に設けなくても、振動の低減が可能になり、同時にコンパクトな構成を確保できる。
【００２３】
また回転子１３の慣性モーメントＩＲは、シャフト４やローラ６等の圧縮機構部２の回転部分の慣性モーメントＩＳと比べて大きいので、中心軸Ｌ１まわりの角速度の変動が僅かでも、大きなモーメントを発生することができる。従って、負荷トルクの変動が大きくても、十分に振動を低減させることが可能である。
【００２４】
また弾性部材をばね２１としたことにより、簡単な構成で必要十分な振幅を得ることが可能となり、負荷トルクの変動が大きくても十分に振動を低減させることが可能である。
【００２５】
またばねとして、板ばね２２を用いた場合は、キー１１と止め輪１２を利用したシャフト４と回転子１３の従来の固定構造に簡単な加工を加えるだけで、回転子１３をシャフト４の中心軸Ｌ１まわりに弾性支持する構成を低コストで実現できる。
【００２６】
また回転子１３の慣性モーメントをＩＲ、圧縮機構部２のシャフト４、ローラ６の慣性モーメントをＩＳ、シャフト４の回転数をｆとしたとき、弾性部材であるばね２１の回転ばね定数Ｋが、Ｋ＝（２πｆ）２ＩＲＩＳ／（ＩＲ＋ＩＳ）の関係を満たすようにすることにより、回転子１３、シャフト４およびローラ６から構成される系の固有振動数とシャフト４の回転数ｆ、すなわち負荷トルクの変動の周波数が一致するので、負荷トルクの変動により発生する圧縮機構部２のシャフト４およびローラ６のモーメントと、回転式電動機部３の回転子１３のモーメントを相殺させることができる。従って、密閉容器１の振動を大幅に低減することができる。
【００２７】
また本実施の形態においては、いずれの形式の容積型の圧縮機構部を備えた圧縮機を用いても、上記効果を発揮するが、特にレシプロ式あるいはロータリ式といった負荷トルクの変動の大きな圧縮機に用いると、より顕著な効果を得ることができる。
【００２８】
また負荷トルクの変動は、圧縮室の圧力変化が大きいほど増大する。従って、圧縮機を、吸入圧力と吐出圧力の差が大きい二酸化炭素の遷臨界サイクルに用いる場合には、より顕著な効果を得ることができる。
【００２９】
なお本実施の形態では、図３に示すように、シャフト４の中心軸Ｌ１に関して１８０度異なる位置に２つのキー１１を設け、それぞれのキー１１にばね２１を配設してもよい。ばね２１は負荷トルクにより変形し、弾性力を生じる。図１の構成では、この弾性力の反力は、回転子１３に対するシャフト４の押し付け力となる。これに対し、図３のような構成にすることにより、バネ２１によって生じるシャフト４と回転子１３の間の押し付け力を相殺することができる。従って、回転子１３がシャフト４の中心軸Ｌ１まわりで回転振動する際の摩擦力が減るので、回転子１３の動きがスムーズになり、負荷トルクの変動により発生するシャフト４およびローラ６のモーメントと、回転子１３のモーメントをより大幅に打ち消し合うことができる。また摩擦力によって発生する摺動損失を減らすことができる。なおキー１１の数は３つ以上でもよく、中心軸Ｌ１に関して等間隔に配置すれば、同様の効果が得られる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２におけるシャフト４と回転子１３の斜視図である。シャフト４の周囲には、筒状のゴム２４の内周が接着されている。またゴム２４の外周は回転子１３が接着されており、これにより同回転子１３はシャフト４とその中心軸Ｌ１のまわりに弾性支持される。なおシャフト４の中心軸Ｌ１のまわりに回したときのゴム２４の回転ばね定数Ｋは、回転式電動機部３の回転子１３の中心軸Ｌ１まわりの慣性モーメントをＩＲ、圧縮機構部２のシャフト４およびローラ６の中心軸Ｌ１まわりの慣性モーメントをＩＳ、シャフト４の回転数をｆとしたとき、Ｋ＝（２πｆ）２ＩＲＩＳ／（ＩＲ＋ＩＳ）の関係を満たすものとする。上記構成により、実施の形態１と同様の振動低減の効果が得られることになる。また構成が簡単で、低コスト化が図れる点においても、その効果は顕著である。また本構成によれば、シャフト４と回転子１３の間の摺動が無くなるので、摩擦力によって発生する摺動損失を無くすことができる。なおゴム２４は、弾性材料であればよく、樹脂材料を用いても同様の効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、シャフトと回転式電動機部の回転子との間に、ばねあるいはゴム等の弾性部材を設け、上記回転子をシャフトの中心軸のまわりに弾性支持したことにより、圧縮室の圧力変動に起因して回転式電動機部の負荷トルクが変動し、これにより圧縮機構部のシャフト、ローラ等の回転部品の角速度の変動によるモーメントが発生しても、回転子はシャフトに対して、これを緩和する方向に振動することになり、圧縮機の密閉容器の振動を低減することができる。
【００３２】
また上記弾性部材の、シャフトの中心軸まわりの回転ばね定数Ｋを、回転式電動機部の回転子の中心軸まわりの慣性モーメントをＩＲ、圧縮機構部のシャフトおよびローラの中心軸まわりの慣性モーメントをＩＳ、シャフトの回転数をｆとしたとき、Ｋ＝（２πｆ）２ＩＲＩＳ／（ＩＲ＋ＩＳ）とすることにより、回転子とシャフトおよびローラからなる系の固有振動数とシャフトの回転数、すなわち負荷トルクの変動の周波数は一致するので、負荷トルクにより発生する圧縮機構部のシャフトおよびローラのモーメントの変動と、回転式電動機部の回転子のモーメントの変動を大幅に相殺することができ、圧縮機の密閉容器の振動を大きく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるシャフトと回転子の正面図および断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるシャフトと回転子の斜視図である。
【図３】本発明の他の実施の形態１におけるシャフトと回転子の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるシャフトと回転子の斜視図である。
【図５】従来のロータリ圧縮機の縦断面図である。
【図６】従来のロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。
【図７】従来のロータリ圧縮機のシャフトの回転角度と圧縮室の容積の関係を示す図である。
【図８】従来のロータリ圧縮機のシャフトの回転角度と圧縮室の圧力の関係を示す図である。
【図９】従来のロータリ圧縮機のシャフトの回転角度と負荷トルクの関係を示す図である。
【符号の説明】
２　圧縮機構部
３　回転式電動機部
４　シャフト
１０　固定子
１１　キー
１３　回転子
１３ａ　貫通孔
１３ｄ　溝
２１　ばね
２２　板ばね
２４　ゴム
【図１】
2004060589.tif 000003
【図２】
2004060589.tif 000004
【図３】
2004060589.tif 000005
【図４】
2004060589.tif 000006
【図５】
2004060589.tif 000007
【図６】
2004060589.tif 000008
【図７】
2004060589.tif 000009
【図８】
2004060589.tif 000010
【図９】
2004060589.tif 000011