(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
振動源となるピストン及びシリンダを備える圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動しステータを備える電動要素と、前記圧縮要素および前記電動要素を収容する密閉容器と、フレームと、を備える密閉型圧縮機において、
前記フレームの上側に前記シリンダが配置され、前記フレームの下側に前記ステータが配置され、
前記フレームは、少なくとも、前記圧縮要素側及び前記圧縮要素側の反対側それぞれに2つ以上ずつ設けられた弾性部材を介して前記密閉容器に支持され、
前記弾性部材は、前記フレームの下面に接続し、
前記フレームは、前記弾性部材に接続し、下方に向かって突出する突起部と、前記密閉容器の上ケースに向かって突出する上突起部と、を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機100について、添付の図面を参照して説明する。
【0010】
図1は、本実施形態の密閉型圧縮機を示す縦断面図である。
図1に示すように、密閉型圧縮機100は、圧縮要素20および電動要素30を密閉容器3内に配置して構成されたいわゆるレシプロ圧縮機である。圧縮要素20および電動要素30は、密閉容器3内において複数のコイルバネ9(弾性部材)を介して弾性的に支持されている。密閉容器3は、略上半分の外郭を構成する上ケース3mと略下半分の外郭を構成する下ケース3nとが溶接などで接合され、内部に圧縮要素20および電動要素30を収容する空間を有している。
【0011】
圧縮要素20は、シリンダ21と、このシリンダ21内においてピストン22を往復動させることで冷媒を圧縮するクランクシャフト23と、このクランクシャフト23を軸支するラジアル軸受25と、を備えている。ラジアル軸受25(軸受)は、シリンダ21およびフレーム24と一体に形成されている。クランクシャフト23は、スラスト軸受26を介してフレーム24に回転自在に支持されている。
【0012】
フレーム24は、略水平方向に延びるベース24aを有している。シリンダ21がベース24aの上部に位置している。ベース24aの下面側には、コイルバネ9に接続する突起部24eが下方向に突出しており、ベース24aと一体で形成されている。ベース24aは、例えばFC200等の鋳鉄を採用できる。また、ベース24aの上面側には、上ケース3mに向けて突出する上突起部24uがベース24aと一体で形成されている。上突起部24uは、例えば、クランクシャフト23の上端やシリンダ21の上端と略同等又はこれより高い位置にまで突出させても良い。このようにして、フレーム24の領域を拡げ、質量を確保している。なお、フレーム24の厚み(上下寸法)は、質量の観点からは厚い方が好ましく、剛性の観点からは全域に亘って均一な厚みが好ましい。本発明者の試行に依れば、例えば、最薄の部分が11mm以上、最厚の部分が23mm以下とすると、好ましいバランスが得られる。
【0013】
また、フレーム24の略中央部には、鉛直方向下方に(下ケース3nの底面に向けて)延びる円筒形状のラジアル軸受25が形成されている。また、フレーム24は、シリンダ21の一部を構成している。
【0014】
シリンダ21は、クランクシャフト23の中心軸Oよりも径方向の外側の偏った位置に形成されている。また、シリンダ21の軸方向の外周側の端部にはヘッドカバー27が取り付けられ、反対側の端部にはピストン22が挿入されている。このように、シリンダ21とヘッドカバー27とピストン22とによって、圧縮室(シリンダ室)Q1が構成されている。なお、シリンダ21とヘッドカバー27との間には、冷媒を吸気する際に開く吸気弁、圧縮した冷媒を吐出する際に開く吐出弁を備えた弁開閉機構が設けられている。
【0015】
ラジアル軸受25は、クランクシャフト23が軸支されるすべり軸受によって構成されている。また、ラジアル軸受25は、フレーム24に形成された貫通孔24bによって構成されている。スラスト軸受26は、ベース24aの上面の貫通孔24bの周囲に円形溝状に形成された凹部24cに配置されている。
【0016】
コネクティングロッド22aの大径側の端部22bは、後記するクランクピン23aと連結され、コネクティングロッド22aの小径側の端部22cは、ピン22dを介してピストン22と連結されている。
【0017】
クランクシャフト23の上端部には、クランクピン23aが形成され、クランクピン23aがクランクシャフト23の回転中心軸Oから偏心した位置に形成されている。また、クランクシャフト23の下端部は、下ケース3nの近傍に位置している。クランクピン23aが回転中心軸Oに対して偏心回転することで、ピストン22がシリンダ21内を往復運動するようになっている。
【0018】
また、クランクシャフト23は、貫通孔24bの上方において、回転中心軸Oに対して直交する方向(水平方向)に延びるフランジ部23bを有している。
【0019】
また、クランクシャフト23には、軸方向の下端から上方に向けて凹形状の中繰り穴23cが形成され、クランクシャフト23内に中空部を有するように構成されている。また、クランクシャフト23には、中繰り穴23cの上端からフランジ部23bの上面に貫通する上部連通孔23dが形成されている。
【0020】
また、クランクシャフト23の外周面には、らせん溝23eがフランジ部23bの近傍まで形成されている。らせん溝23eの上端部は、クランクピン23aに形成された凹形状のピン部中繰り穴23fと、ピン部連通孔23gを介して連通している。
【0021】
クランクシャフト23の中空部には、固定軸部材28が挿入されている。固定軸部材28は、図示しない固定具によって、クランクシャフト23の回転時においても回転しないように固定されている。固定軸部材28の外周面には、固定軸らせん溝28aが形成されている。この固定軸らせん溝28aの壁面と中繰り穴23cの壁面とでらせん状の潤滑油通路が形成され、クランクシャフト23の回転による壁面移動に伴い、潤滑油が粘性の効果で壁面に引きずられて固定軸らせん溝28a内を上昇するようになっている。
【0022】
中繰り穴23cを上昇した潤滑油は、上部連通孔23dを通ってフランジ部23b上に吹き出して、スラスト軸受26を潤滑する。また、クランクシャフト23のらせん溝23eを上昇した潤滑油は、クランクシャフト23とラジアル軸受25との間を潤滑するとともに、ピン部連通孔23gを通って、クランクピン23aのピン部中繰り穴23fに向けて流れ込み、コネクティングロッド22aの周辺を潤滑する。なお、スラスト軸受26などを潤滑した潤滑油は、孔24s(
図2参照)を介して、密閉容器3の底に戻るように構成されている。
【0023】
電動要素30は、フレーム24の下側(ベース24aの下方)に配置され、ロータ31およびステータ32を含んで構成されている。
【0024】
ロータ31は、電磁鋼板を積層したロータコアを備えて構成され、クランクシャフト23の下部に圧入などによって固定されている。また、ロータ31は、半径Rが厚み(軸方向の高さ)T1よりも大きい扁平形状である。また、ロータ31の厚み(軸方向の高さ)T1は、ラジアル軸受25の長さ(軸受長)Lの略半分程度に設定されている。
【0025】
ステータ32は、ロータ31の外周に配置され、円筒状のステータコアとこのステータコアの内周に形成された複数のスロットとからなる鉄心32aと、鉄心32aに絶縁体(図示せず)を介して巻回されたコイル32bとを備えて構成されている。また、鉄心32aは、
図1の縦断面視において、径方向の長さL1が厚み(軸方向の高さ)T2よりも長い扁平形状である。コイル32bも、
図1の縦断面視において、径方向の長さが厚み(軸方向の高さ)よりも長い経扁平形状である。また、鉄心32aの厚み(軸方向の高さ)T2は、ロータ31の厚み(軸方向の高さ)T1と同程度になるように構成されている。このように、ロータ31を扁平にした場合、ステータ32の径も広げて扁平形状にすることで、ロータ31を回転させるためのトルクをかせぐことができる。
【0026】
このようにして圧縮要素20および電動要素30が設けられたフレーム24は、密閉容器3内において複数のコイルバネ9,9を介して弾性支持されている。また、圧縮要素20および電動要素30は、運転時に振動したときに、密閉容器3の内壁面に接触しないように、所定のクリアランスCLが予め設定された状態で設計されている。
【0027】
コイルバネ9は、圧縮要素20の一部を構成するシリンダ21の側(圧縮機室側Q2、
図1の左側)と、シリンダ21の側とは反対側(反圧縮機室側Q3、
図1の右側)に設けられている。なお、本実施形態では、コイルバネ9が、圧縮室側Q2と反圧縮機室側Q3のそれぞれにおいて、
図1の紙面に直交する方向の手前側と奥側に計4本設けられている(
図2参照)。なお、すべてのコイルバネ9は、いずれも同一の形状およびばね特性を有している。このように、コイルバネ9を単一種類にすることで、コイルバネ9が異種混在する場合の配置ミスを防止できる。ただし、コイルバネ9の本数は、4本に限定されるものではなく、3本であってもよく、5本以上であってもよい。
【0028】
また、フレーム24は、シリンダ21よりも外周側(径方向外側)に延びる延出部24dを有している。この延出部24dは、ステータ32よりも外周側に延びている。また、延出部24dの下面には、コイルバネ9の上部に嵌合して保持する突起部24eが形成されている。
【0029】
また、フレーム24は、延出部24dとは反対側においても、延出部24dと同程度に延びる延出部24fを有している。この延出部24fも、ステータ32よりも外周側に延びている。また、延出部24fの下面には、コイルバネ9の上部に嵌合して保持する突起部24gが形成されている。 密閉容器3の底面には、ステータ32の外周側において、密閉容器3内に突出するように盛り上がる段差部3aが形成されている。この段差部3aは、下ケース3nの底面の一部と側面の一部とが合わさって凹み形状となることで構成されている。また、段差部3aは、少なくともその一部が、上面視でコイルバネ9の少なくとも一部と重なっており、コイルバネ9の位置と対応する位置に設けられている。また、段差部3aの上端には、コイルバネ9の下部が嵌合して保持する突起部3bが形成されている。突起部3bは、ロータ31の下面31aよりも上方に位置している。なお、潤滑油の油面40は、ロータ31が潤滑油に浸からないように、ロータ31の下面31aよりも下側に位置するように構成されている。
【0030】
図2は、本実施形態の密閉型圧縮機を示す横断面図である。なお、
図2では、密閉型圧縮機100内の冷媒の流れについて説明する。
【0031】
図2に示すように、冷蔵庫の冷却器66(
図4参照)から戻って、密閉容器3を貫通して接続された吸入パイプ3eから導入された冷媒は、吸入サイレンサ41の吸入口(不図示)から吸入された後、ヘッドカバー27などを介して圧縮室Q1(
図1参照)に導入される。また、圧縮室Q1においてピストン22によって圧縮された冷媒は、吐出室空間(不図示)を通って、フレーム24に形成された吐出サイレンサ42a,42bおよびパイプ3fを通って、吐出パイプ3gから冷却器66(
図4参照)に送られる。
【0032】
図3は、密閉型圧縮機の作用効果を説明する模式図であり、(a)は本実施形態、(b)は比較例である。
【0033】
図3(b)に示す比較例では、フレーム124の上下に圧縮要素120と電動要素130が配置され、電動要素130がコイルバネ90,90を介して密閉容器90内に弾性支持されている。この場合、内部機構部(圧縮要素120および電動要素130)の重心がコイルバネ90,90の上端よりも上方に位置するため、運転時に両矢印方向に振動したときに、振れ角bが大きくなる。これに対して、
図3(a)に示す実施形態では、フレーム24の上部に圧縮要素20、下部に電動要素30が配置され、フレーム24がコイルバネ9,9を介して密閉容器3内に弾性支持されている。この場合、運転時の圧縮要素20と電動要素30がそれぞれ両矢印方向に振動するが、フレーム24の高さ位置(コイルバネ9,9の上端と同程度の位置)に重心が位置するため、振れ角a(<b)が小さくなる。
【0034】
このように、密閉型圧縮機100では、フレーム24の上側に圧縮要素20、フレーム24の下側に電動要素30を配置して、フレーム24が弾性支持されることで、内部機構部の振動を低減することが可能になる。さらに、圧縮要素20の振動をコイルバネ9を介して密閉容器3に伝えるフレーム24の板厚を増加させることで、内部機構部の振動をさらに効果的に抑えることができる。
【0035】
また、実施形態では、比較例に比べて振動を低減して振れ角aを小さくできることで、内部機構部(圧縮要素20および電動要素30)と密閉容器3との間のクリアランスCL(
図1参照)を短くできる。その結果、密閉容器3を小さくでき、密閉型圧縮機100の小型化を図ることが可能になる。
【0036】
また、各段差部3aの下部には、密閉容器3を弾性支持するゴム座10が設けられている(
図1参照)。このゴム座10は、密閉容器3の下ケース3nに固定されたプレート11に支持されている。また、ゴム座10は、鉛直方向(上下方向)においてコイルバネ9と重なる位置に配置されている。
【0037】
このように段差部3aを形成して、段差部3aにコイルバネ9を配置することにより、コイルバネ9が潤滑油に浸からない高さに設置することが可能になるので、コイルバネ9が潤滑油内で振動する際に生じていた騒音を防止でき、密閉型圧縮機100の静穏化を図ることが可能になる。また、ゴム座10を段差部3aの下部に配置することで、ゴム座10が密閉容器3の下ケース3nから下方に大きく出っ張るのを防止できるので、密閉型圧縮機100の高さが高くなるのを抑制でき、密閉型圧縮機100の小型化を図ることが可能になる。
【0038】
ところで、圧縮機室側Q2にはシリンダ21やピストン22などの重量物が配置されているため、反圧縮機室側Q3(圧縮機室側とは反対側)に比べて重量が重くなり、コイルバネ9に作用する荷重が大きくなる。すなわち、圧縮機室側Q2のコイルバネ9にかかる荷重と、反圧縮機室側Q3のコイルバネ9にかかる荷重とが異なる値になる。この場合、例えばコイルバネ9の種類を同じにし、かつ、双方のコイルバネ9の下端について、これらコイルバネ9の下端に当接する面の高さを同じにすると、圧縮機室側Q2の沈み込み量(縮み量)が多くなり、運転前の初期状態において内部機構部(圧縮要素20および電動要素30)が傾いた状態になる。また、密閉容器3と内部機構部との間には、運転時の振動(傾き)を考慮してクリアランス(余裕度)が設けられている。しかし、当接する面の高さを同じにすると、密閉容器3内に内部機構部が衝突する虞があるため、クリアランスを大きく確保する必要性が生じ、圧縮機が大型化する。
【0039】
そこで、本実施形態では、より荷重がかかる圧縮機室側Q2(シリンダ21側、
図1の左側)のコイルバネ9の下端が当接する当接面3cの高さh1は、比較的荷重がかからない反圧縮機室側Q3(
図1の右側)のコイルバネ9の下端が当接する当接面3dの高さh2よりも高くなるように構成しされている。当接面3cの高さh1と当接面3dの高さh2の差分は、コイルバネ9で支持したときに、運転前の初期状態において内部機構部が水平状態となる値に設定される。
【0040】
このように、密閉型圧縮機100では、当接面3cの高さh1を当接面3dの高さh2よりも高くしておくことにより、運転前の初期状態において、内部機構部を水平な状態で支持することが可能になるので、運転時の内部機構部の傾きを小さく抑えることができる。その結果、密閉容器3と内部機構部との間におけるクリアランスCL(
図1参照)を小さく設定することが可能になり、密閉型圧縮機100の小型化を実現することが可能になる。当接面3c,3dを調整することで、すべてのコイルバネ9を、同一(形状および特性)の種類のもので構成し得るから、コイルバネ9の組み付け工程において取り違え等を防止できる。
【0041】
なお、当接面3cの高さと当接面3dの高さとを調整することに代えて又は追加して、フレーム24の延出部24d,24fの下面の高さについて、圧縮機室側Q2の延出部24dの高さ位置が反圧縮機室側Q3の延出部24fの高さ位置より高くなるようにしてもよい。すなわち、大荷重となる圧縮機室側Q2のコイルバネ9の自然長における上端位置が小荷重となる反圧縮機室側Q1のコイルバネ9の自然長における上端位置よりも高くなるようにすることができる。こうすることでも内部機構部の傾きを小さく抑えることができる。
【0042】
図4は、本実施形態の密閉型圧縮機を搭載した機器の一例である冷蔵庫の概略断面図を示し、(a)は密閉型圧縮機を下部に配置した構成、(b)は密閉型圧縮機を上部に配置した構成である。
【0043】
図4(a)に示すように、冷蔵庫60Aは、冷蔵庫本体61を複数の収納室62,63,64,65に分けて構成されている。例えば、収納室62は冷蔵室、収納室63は上段冷凍室、収納室64は下段冷凍室、収納室65は野菜室である。なお、各収納室62,63,64,65の位置関係は
図4(a)の限りではない。密閉型圧縮機100は、収納室65の引出し65aの奥側下部(冷蔵庫本体61の背面側の最下端)の機械室に配置されている。密閉型圧縮機100から吐出された冷媒は、冷蔵庫60A内に設けられた凝縮器(不図示)、減圧機構(不図示)を通り、冷却器66で冷蔵庫内の熱を吸収して、再び密閉型圧縮機100内へと戻される。
【0044】
ところで、従来のように背の高い密閉型圧縮機を適用すると、機械室の容積を大きくする必要があるため、収納室65に収納される引出し65aの容量が小さくなる(浅い引出しになる)。そこで、本実施形態の密閉型圧縮機100を適用した冷蔵庫60Aを採用することで、機械室の容積を小さくすることができ、機械室の天井面の高さ位置を低くできるので、収納室65の奥側の庫内容量を拡大することが可能になる。
【0045】
また、
図4(b)に示すように、冷蔵庫60Bは、密閉型圧縮機100が収納室62の奥側上部(冷蔵庫本体61の背面側最上端)の機械室に配置されている。
【0046】
また、従来のように背の高い密閉型圧縮機を適用すると、密閉型圧縮機が発生する振動が大きいので、冷蔵庫本体に伝達される振動も大きくなる。そこで、本実施形態の密閉型圧縮機100を適用した冷蔵庫60Bを採用することで、前記した構造によって振動を低減できるので、冷蔵庫本体61に伝わる振動を抑制することが可能になる。また、小型の密閉型圧縮機100を適用することで、収納室62の庫内容量を拡大することも可能になる。
【0047】
図5は、圧縮機の運転中における周波数と音圧レベルの関係を表すグラフである。フレームの板厚を増加させることにより、コイルバネ9を介し密閉容器3に伝わる圧縮要素の振動が、広い周波数に亘って減衰できていることが確認できる。
【0048】
よって、本実施形態では、高さを抑制した(扁平な)圧縮機を実現するべく、フレームの板厚を上げることで質量及び剛性を上げ、騒音・振動を抑制した。圧縮機を単に小形化(例えば扁平化)すると、圧縮機の質量が小さくなり、振動の減衰能力が低下する。このため、圧縮機の容積を低下させるよう設計する場合、質量自体は極力維持されるように留意することが好ましい。本実施形態では、高さ寸法を130mm以下に抑えつつ、質量は7.3kg以上としている。なお、本実施形態の密閉型圧縮機の内容積(密閉容器3の内容積)は1300mL以下である。なお、フレーム24の厚みは、最薄の部分で11mm以上、好ましくは13mm以上、より好ましくは15mm以上である。