JP2009002352A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の運転時の大きな騒音および振動を防止できる圧縮機を提供する。
【解決手段】モータ３のステータ５のコイル５２０は、集中巻きである。ロータ６の円筒状のロータコア６１０の内側には、小径部６１０ａと大径部６１０ｂとが設けられている。小径部６１０ａには、シャフト１２が固定され、大径部６１０ｂには、軸受け７が挿入され、この軸受け７により、シャフト１２は、片持ちされている。圧縮要素２とロータ６とをシャフト１２を介して一体に組み付けて一体構造部８を形成している。この一体構造部８の固有振動数は、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きい。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、空気調和機や冷蔵庫等に用いられる圧縮機に関する。

従来、圧縮機としては、密閉容器と、この密閉容器内に配置された圧縮要素と、上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮要素をシャフトを介して駆動するモータとを有し、上記圧縮要素と上記モータのロータとを上記シャフトを介して一体に組み付けて一体構造部を形成したものがある（特許第３５８６１４５号公報：特許文献１参照）。
特許第３５８６１４５号公報

しかしながら、上記従来の圧縮機では、上記圧縮要素と上記ロータとの上記一体構造部の固有振動数が、圧縮機の運転時の回転数の５倍に一致するおそれがあり、上記一体構造部の固有振動数が、圧縮機の運転時の回転数の５倍に一致すると、圧縮機の運転時に、大きな騒音および振動が発生する問題があった。

そこで、この発明の課題は、圧縮機の運転時の大きな騒音および振動を防止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、
密閉容器と、この密閉容器内に配置された圧縮要素と、上記密閉容器内に配置されると共に上記圧縮要素をシャフトを介して駆動するモータとを有し、上記圧縮要素と上記モータのロータとを上記シャフトを介して一体に組み付けて一体構造部を形成した圧縮機において、
上記モータのステータのコイルは、集中巻きであり、
上記ロータの円筒状のロータコアの内側には、小径部と大径部とが設けられ、
上記小径部には、上記シャフトが固定され、
上記大径部には、上記圧縮要素に設けられて上記シャフトを支持する軸受けが挿入され、この軸受けにより、上記シャフトは、片持ちされ、
上記一体構造部の固有振動数は、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きいことを特徴としている。

この発明の圧縮機によれば、上記圧縮要素と上記ロータとの上記一体構造部の固有振動数は、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きいので、圧縮機の運転時の回転数の範囲内で、運転時の大きな騒音および振動を防止できる。

また、上記ロータのロータコアの上記大径部には、上記圧縮要素に設けられて上記シャフトを支持する軸受けが挿入されているので、上記圧縮要素と上記ロータとの上記一体構造部に関して、軸方向の大きさを短縮でき、振れを小さくでき、剛性を向上できて、固有振動数を一層確実に大きくできる。したがって、運転時の大きな騒音および振動を低減できると共に、コストを低減できる。

また、上記コイルは、集中巻きであり、この集中巻きは、上記ステータコアの一つのティース部に掛かる電磁力が大きく、かつ集中しているため、上記ステータと上記ロータとの間のエアギャップの変化による加振力の増加割合が、分布巻よりも大きくなるが、上記一体構造部の固有振動数を、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きくしているので、特に効果的に、運転時の大きな騒音および振動を防止できる。

また、一実施形態の圧縮機では、上記密閉容器内の冷媒は、二酸化炭素である。

この実施形態の圧縮機によれば、上記密閉容器内の冷媒は、単位容積当たりの冷凍能力の大きい二酸化炭素であるため、上記圧縮要素のシリンダ室が小さくなることで、上記シャフトの径および上記軸受けの径も細くなり、剛性が低下し、固有振動数を上げ難い。そのため、上記ロータコアの上記大径部に上記軸受けが挿入されている構成とすることが、冷凍能力の大きい冷媒を用いた圧縮機の固有振動数を上げることに対し、特に有効となる。

この発明の圧縮機によれば、上記圧縮要素と上記ロータとの上記一体構造部の固有振動数は、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きいので、圧縮機の運転時の回転数の範囲内で、運転時の大きな騒音および振動を防止できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、この発明の圧縮機の一実施形態である縦断面図を示している。この圧縮機は、密閉容器１と、この密閉容器１内に配置された圧縮要素２と、上記密閉容器１内に配置され、上記圧縮要素２をシャフト１２を介して駆動するモータ３とを備えている。

この圧縮機は、いわゆる縦型の高圧ドーム型のロータリ圧縮機であって、上記密閉容器１内に、上記圧縮要素２を下に、上記モータ３を上に、配置している。このモータ３のロータ６によって、上記シャフト１２を介して、上記圧縮要素２を駆動するようにしている。上記密閉容器１には、上記モータ３に電気的に接続される電気端子１４０が、取り付けられている。

上記圧縮要素２は、（図示しない）アキュームレータから吸入管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。この冷媒は、例えば、二酸化炭素やＨＣやＲ４１０Ａ等のＨＦＣ、Ｒ２２等のＨＣＦＣである。

上記圧縮機は、圧縮した高温高圧の冷媒ガスを、上記圧縮要素２から吐出して密閉容器１の内部に満たすと共に、上記モータ３のステータ５と上記ロータ６との間の隙間を通して、上記モータ３を冷却した後、上記モータ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、上記油溜まり部９から、上記シャフト１２に設けられた（図示しない）油通路を通って、上記圧縮要素２や上記モータ３のベアリング等の摺動部に移動して、この摺動部を潤滑する。この潤滑油は、例えば、（ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の）ポリアルキレングリコール油や、エーテル油や、エステル油や、鉱油である。

上記圧縮要素２は、上記密閉容器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および下側の端板部材６０とを備える。上記シリンダ２１、上記上側の端板部材５０および上記下側の端板部材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。上記本体部５１および上記ボス部５２は、上記シャフト１２に挿通されている。

上記本体部５１には、上記シリンダ室２２に連通する吐出口５１ａが設けられている。上記本体部５１に関して上記シリンダ２１と反対側に位置するように、上記本体部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、上記吐出口５１ａを開閉する。

上記本体部５１には、上記シリンダ２１と反対側に、上記吐出弁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、（ボルト等の）固定部材３５によって、上記本体部５１に固定されている。上記マフラカバー４０は、上記ボス部５２に挿通されている。

上記マフラカバー４０および上記上側の端板部材５０によって、マフラ室４２を形成する。上記マフラ室４２と上記シリンダ室２２とは、上記吐出口５１ａを介して、連通されている。

上記マフラカバー４０は、孔部４３を有する。この孔部４３は、上記マフラ室４２と上記マフラカバー４０の外側とを連通する。

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および上記ボス部６２は、上記シャフト１２に挿通されている。

要するに、上記シャフト１２の一端部は、上記上側の端板部材５０および上記下側の端板部材６０に支持されている。つまり、上記上側の端板部材５０および上記下側の端板部材６０は、軸受け７を構成し、上記シャフト１２は、上記軸受け７により、片持ちされている。上記シャフト１２の一端部（支持端側）は、上記シリンダ室２２の内部に進入している。

上記シャフト１２の支持端側には、上記圧縮要素２側の上記シリンダ室２２内に位置するように、偏心ピン２６を設けている。この偏心ピン２６は、ローラ２７に嵌合している。このローラ２７は、上記シリンダ室２２内で、公転可能に配置され、このローラ２７の公転運動で圧縮作用を行うようにしている。

上記シリンダ室２２の圧縮作用を説明すると、図２に示すように、上記ローラ２７に一体に設けたブレード２８で上記シリンダ室２２内を仕切っている。すなわち、上記ブレード２８の右側の室は、上記吸入管１１が上記シリンダ室２２の内面に開口して、吸入室（低圧室）２２ａを形成している。一方、上記ブレード２８の左側の室は、（図１に示す）上記吐出口５１ａが上記シリンダ室２２の内面に開口して、吐出室（高圧室）２２ｂを形成している。

上記ブレード２８の両面には、半円柱状のブッシュ２５，２５が密着して、シールを行っている。上記ブレード２８と上記ブッシュ２５，２５との間は、上記潤滑油で潤滑を行っている。

そして、上記偏心ピン２６が、上記シャフト１２と共に、偏心回転して、上記偏心ピン２６に嵌合した上記ローラ２７が、このローラ２７の外周面を上記シリンダ室２２の内周面に接して、公転する。

上記ローラ２７が、上記シリンダ室２２内で公転するに伴って、上記ブレード２８は、このブレード２８の両側面を上記ブッシュ２５，２５によって保持されて進退動する。すると、上記吸入管１１から低圧の冷媒ガスを上記吸入室２２ａに吸入して、上記吐出室２２ｂで圧縮して高圧にした後、（図１に示す）上記吐出口５１ａから高圧の冷媒ガスを吐出する。

その後、図１に示すように、上記吐出口５１ａから吐出された冷媒ガスは、上記マフラ室４２を経由して、上記マフラカバー４０の外側に排出される。

図１に示すように、上記モータ３は、上記ロータ６と、このロータ６の径方向外側にエアギャップを介して配置された上記ステータ５とを有する。つまり、上記モータ３は、インナーロータ型のモータである。

上記ステータ５は、ステータコア５１０と、上記ステータコア５１０の軸方向の両端面のそれぞれに対向して配置されたインシュレータ５３０と、上記ステータコア５１０および上記インシュレータ５３０に共に巻かれたコイル５２０とを有する。

上記ステータコア５１０は、積層された複数の鋼板からなり、上記密閉容器１に、焼き嵌めなどによって、嵌め込まれている。上記ステータコア５１０は、（図示しない）環状部と、この環状部の内周面から径方向内側に突出すると共に周方向に等間隔に配列された（図示しない）複数のティース部とを有する。上記コイル５２０は、上記各ティース部にそれぞれ巻かれて複数の上記ティース部に渡って巻かれていない、いわゆる集中巻きである。

上記ロータ６は、ロータコア６１０と、このロータコア６１０に埋設された（図示しない）磁石とを有する。上記ロータコア６１０は、円筒状であり、例えば積層された電磁鋼板からなる。上記磁石は、例えば希土類系の平板状の永久磁石であり、複数の上記磁石が、上記ロータコア６１０の周方向に等間隔の中心角度で、配列されている。

上記ロータコア６１０の内側には、上部に小径部６１０ａと下部に大径部６１０ｂとが設けられている。上記小径部６１０ａの内径は、上記大径部６１０ｂの内径よりも小さい。上記小径部６１０ａには、上記シャフト１２が固定されている。上記大径部６１０ｂには、上記圧縮要素２に設けられて上記シャフト１２を支持する上記軸受け７が挿入されている。

つまり、上記上側の端板部材５０の上記ボス部５２の上端部は、上記ロータコア６１０の上記大径部６１０ｂに、挿入されている。上記ロータコア６１０の上記大径部６１０ｂの内径は、上記ボス部５２の外径よりも大きく形成され、上記ロータコア６１０の下端は、上記ボス部５２の上端よりも、低い位置にある。

上記圧縮要素２と上記ロータ６とを上記シャフト１２を介して一体に組み付けて一体構造部８を形成している。この一体構造部８の固有振動数は、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きい。

図３に、圧縮要素２とロータ６との一体構造部８の固有振動数と、圧縮機の音の大きさとの関係を、示す。横軸に、一体構造部８の固有振動数［Ｈｚ］を示し、縦軸に、５ｎ音［ｄＢ］を示す。モータの極数は４極で、圧縮機の運転回転数は、８６ｓ^−１である。

図３からわかるように、一体構造部８の固有振動数が４３０Ｈｚであるとき、５ｎ音が最大となっている。つまり、一体構造部８の固有振動数が、圧縮機の運転回転数８６ｓ^−１の５倍に一致する４３０Ｈｚであるときに、圧縮機の５ｎ音が最も大きい。

上記構成の圧縮機によれば、上記一体構造部８の固有振動数は、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きいので、圧縮機の運転時の回転数の範囲内で、運転時の大きな騒音および振動を防止できる。

これに対して、上記一体構造部８の固有振動数を、最高回転数の５倍にすると、最高回転数時に大きな騒音が発生する。また、上記一体構造部８の固有振動数を、最高回転数の５倍よりも小さい、例えば、最高回転数の４倍にすると、最高回転数時では大きな騒音を防止できるが、最高回転数の５分の４倍の回転数時に大きな騒音が発生する。

ここで、上記一体構造部８の固有振動数を、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きくした理論を説明する。基本加振力成分と回転子の振れ回りによる１Ｎ成分との間で発生する変調成分、つまり、回転数の（極数±１）倍の加振力が大きくなることは理論上わかっている。圧縮機用として一般的に使われるモータの極数は４極が多く、回転数の極数±１、すなわち回転数の３倍または５倍の加振力が大きくなる。そこで、上記一体構造部８の固有振動数を最高回転数の５倍よりも大きくしておくことで、圧縮機の運転時の回転数の範囲内で、回転数の３倍または５倍の周波数と固有振動数が、一致することが無くなり、運転時の大きな騒音及び振動を防止できる。

また、上記ロータコア６１０の上記大径部６１０ｂには、上記軸受け７が挿入されているので、上記一体構造部８に関して、軸方向の大きさを短縮でき、振れを小さくでき、剛性を向上できて、固有振動数を一層確実に大きくできる。したがって、運転時の大きな騒音および振動を低減できると共に、コストを低減できる。

また、上記密閉容器１内の冷媒は、二酸化炭素であり、この二酸化炭素は、単位容積当たりの冷凍能力の大きい冷媒であるため、上記圧縮要素２の上記シリンダ室２２が小さくなることで、上記シャフト１２の径および上記軸受け７の径も細くなり、剛性が低下し、固有振動数を上げ難い。そのため、上記ロータコア６１０の上記大径部６１０ｂに上記軸受け７が挿入されている構成とすることが、冷凍能力の大きい冷媒を用いた圧縮機の固有振動数を上げることに対し、特に有効となる。

また、上記コイル５２０は、集中巻きであり、この集中巻きは、一つの上記ティース部に掛かる電磁力が大きく、かつ集中しているため、上記ステータ５と上記ロータ６との間のエアギャップの変化による加振力の増加割合が、分布巻よりも大きくなるが、上記一体構造部８の固有振動数を、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きくしているので、特に効果的に、運転時の大きな騒音および振動を防止できる。

上記ロータ６の上記磁石は、希土類系の磁石であり、この希土類系の磁石は、フェライト磁石に対し、残留磁束密度及び保磁力が大きく、磁石の面積及び厚みを小さくしても、必要な磁束量や減磁耐力が得られ、上記ロータ６の小型化に寄与できる。例えば、上記磁石を厚みの薄い平板状にした場合は、上記シャフト１２が固定される上記ロータコア６１０の上記小径部６１０ａから上記磁石までの間隔が広く取れるため、上記大径部６１０ｂを設けることが出来る。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記モータ３として、アウターロータ型のモータとしてもよい。上記圧縮要素２として、ローラとブレードが別体であるロータリタイプでもよい。上記圧縮要素２として、ロータリタイプ以外に、スクロールタイプやレシプロタイプを用いてもよい。また、上記圧縮要素２として、２つのシリンダ室を有する２シリンダタイプでもよい。上記圧縮要素２が上、上記モータ３が下に配置されていてもよい。

本発明の圧縮機の一実施形態を示す縦断面図である。 圧縮機の要部の平面図である。 圧縮要素とロータとの一体構造部の固有振動数と、圧縮機の音の大きさとの関係を、示すグラフである。

符号の説明

１ 密閉容器
２ 圧縮要素
３ モータ
５ ステータ
５１０ ステータコア
５２０ コイル
５３０ インシュレータ
６ ロータ
６１０ ロータコア
６１０ａ 小径部
６１０ｂ 大径部
７ 軸受け
８ 一体構造部
１２ シャフト
１２ａ 回転軸
２１ シリンダ
５０ 上側の端板部材
６０ 下側の端板部材

Claims (2)

1. 密閉容器（１）と、この密閉容器（１）内に配置された圧縮要素（２）と、上記密閉容器（１）内に配置されると共に上記圧縮要素（２）をシャフト（１２）を介して駆動するモータ（３）とを有し、上記圧縮要素（２）と上記モータ（３）のロータ（６）とを上記シャフト（１２）を介して一体に組み付けて一体構造部（８）を形成した圧縮機において、
   上記モータ（３）のステータ（５）のコイル（５２０）は、集中巻きであり、
   上記ロータ（６）の円筒状のロータコア（６１０）の内側には、小径部（６１０ａ）と大径部（６１０ｂ）とが設けられ、
   上記小径部（６１０ａ）には、上記シャフト（１２）が固定され、
   上記大径部（６１０ｂ）には、上記圧縮要素（２）に設けられて上記シャフト（１２）を支持する軸受け（７）が挿入され、この軸受け（７）により、上記シャフト（１２）は、片持ちされ、
   上記一体構造部（８）の固有振動数は、圧縮機の運転時の最高回転数の５倍よりも大きい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、
   上記密閉容器（１）内の冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする圧縮機。

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