特許 7381386 ロータリ圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】ロータリ圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 23/02 20060101AFI20231108BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

F04C23/02 D

F04C23/02 F

F04C29/00 T

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020065992

(22)【出願日】2020-04-01

(65)【公開番号】P2021161989

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】岡田 義之

(72)【発明者】

【氏名】山下 拓馬

(72)【発明者】

【氏名】木場 理佐子

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 幹人

(72)【発明者】

【氏名】二井 雅裕

(72)【発明者】

【氏名】小川 真

【審査官】松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００６／０７７８１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／０９４１６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６４－６９７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４６３８８６６（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４５６４６８５（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１５３７０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｃ ２３／０２

Ｆ０４Ｃ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線に沿って延びるシャフトと、
前記シャフトに固定され、前記軸線を中心とする円盤状のロータと、
該ロータに前記軸線方向の両側からそれぞれ対向し、前記軸線を中心とする円盤状のバックヨーク、該バックヨークから突出するティース、及び該ティースに巻回されたコイルを有する一対のステータと、
該ステータに前記軸線方向からそれぞれ当接し、前記軸線を中心とする環状をなす一対のシリンダと、
前記シャフトとともに偏心回転するロータリピストンと、
前記シリンダを前記ステータとともに前記軸線方向から挟むことで前記バックヨークとともに、前記ロータリピストンを収容する圧縮室を形成する一対の端板と、
前記端板、及び前記バックヨークの少なくとも一方に設けられた一対の軸受と、
を備えるロータリ圧縮機。

【請求項2】

前記軸受は、一対の前記端板にそれぞれ一体に設けられている請求項１に記載のロータリ圧縮機。

【請求項3】

前記軸受は、一対の前記バックヨークにそれぞれ一体に設けられている請求項１又は２に記載のロータリ圧縮機。

【請求項4】

前記軸受は、前記バックヨークから前記ロータに向かう方向に突出している請求項３に記載のロータリ圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロータリ圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

空調装置における冷媒の圧縮に用いられる装置として、ロータリ圧縮機が知られている。ロータリ圧縮機は、モータと、当該モータによって駆動されるシャフトと、シャフトに取り付けられたロータリピストンと、これを覆うシリンダと、を備えている。ロータリピストンがシリンダの圧縮室内で偏心回転することで冷媒が圧縮される。

【0003】

近年、上記のモータとして、アキシャルギャップモータと呼ばれる形式のものが広く用いられている（例えば下記特許文献１）。特許文献１に記載されたアキシャルギャップモータは、１つのステータと、当該ステータに軸線方向両側からそれぞれ対向する２つのロータと、を有している。このアキシャルギャップモータの下方には、上述したロータリピストン、及びシリンダが独立して配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－１０６６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記のようにアキシャルギャップモータとシリンダとが独立して配置されている場合、部品点数が増加したり、装置の寸法体格が大きくなったりするという課題があった。

【0006】

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、部品点数が削減されるとともに、より小型化されたロータリ圧縮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】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示に係るロータリ圧縮機は、軸線に沿って延びるシャフトと、前記シャフトに固定され、前記軸線を中心とする円盤状のロータと、該ロータに前記軸線方向の両側からそれぞれ対向し、前記軸線を中心とする円盤状のバックヨーク、及び該バックヨークから突出するティース、及び該ティースに巻回されたコイルを有する一対のステータと、該ステータに前記軸線方向からそれぞれ当接し、前記軸線を中心とする環状をなす一対のシリンダと、前記シャフトに固定された一対のロータリピストンと、前記シリンダを前記ステータとともに前記軸線方向から挟むことで前記バックヨークとともに、前記ロータリピストンを収容する圧縮室を形成する一対の端板と、前記端板、及び前記バックヨークの少なくとも一方に設けられた一対の軸受と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、部品点数が削減されるとともに、より小型化されたロータリ圧縮機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の第一実施形態に係るロータリ圧縮機の縦断面図である。

【図2】本開示の第一実施形態に係るロータリ圧縮機の要部拡大断面図である。

【図3】本開示の第二実施形態に係るロータリ圧縮機の要部拡大断面図である。

【図4】本開示の第二実施形態に係るロータリ圧縮機の変形例を示す要部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第一実施形態＞
（ロータリ圧縮機の構成）
以下、本開示の第一実施形態に係るロータリ圧縮機１００について、図１と図２を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係るロータリ圧縮機１００は、シャフト１と、ロータ２と、ステータ３と、シリンダ４と、端板５と、軸受６と、ロータリピストン１２と、これらを収容するハウジング７と、を備えている。

【0011】

シャフト１は、シャフト本体１Ｈと、上部偏心軸１１Ａと、下部偏心軸１１Ｂと、を有している。シャフト本体１Ｈは、軸線Ａｃに沿って延びる柱状をなしている。上部偏心軸１１Ａ、及び下部偏心軸１１Ｂは、軸線Ａｃ方向に間隔をあけて設けられている。上部偏心軸１１Ａ、及び下部偏心軸１１Ｂは、それぞれ軸線Ａｃに対して径方向に偏心した円盤状をなしている。上部偏心軸１１Ａと下部偏心軸１１Ｂとでは、偏心の方向が互いに異なっている。例えば、上部偏心軸１１Ａの偏心方向は、下部偏心軸１１Ｂの偏心方向に対して１８０°異なっている。

【0012】

ロータ２は、シャフト本体１Ｈの延在中途の位置（中央部）に一体に設けられている。つまり、ロータ２は、上部偏心軸１１Ａと下部偏心軸１１Ｂの中間位置に設けられている。ロータ２は、ロータコア２１と、永久磁石２２と、を有している。ロータコア２１は、軸線Ａｃを中心とする円盤状をなしている。永久磁石２２は、ロータコア２１の周縁に沿って延びるリング状をなしている。なお、この永久磁石２２に代えて、ロータコア２１の周縁に複数の磁石を周方向に間隔をあけて配列する構成を採ることも可能である。

【0013】

ステータ３は、ロータ２に軸線Ａｃ方向の両側から対向するようにして配置されているステータ３は、上部ステータ３Ａと、下部ステータ３Ｂと、を含む。上部ステータ３Ａは、ロータ２に対して軸線Ａｃ方向の一方側（上側）から対向している。上部ステータ３Ａは、バックヨーク３１Ａと、ティース３２Ａと、コイル３３Ａと、を有している。バックヨーク３１Ａは、軸線Ａｃを中心とする円環状をなしている。バックヨーク３１Ａの中心を含む部分には、シャフト１が挿通される開口が形成されている。ティース３２Ａは、バックヨーク３１Ａにおける軸線Ａｃ方向他方側（下側）を向く面上であって、径方向における中央位置から軸線Ａｃ方向に突出する棒状をなしている。ティース３２Ａは、軸線Ａｃに対する周方向に等間隔をあけて複数配列されている。コイル３３Ａは、各ティース３２Ａに銅線を巻回することで形成されている。コイル３３Ａには、不図示の電源から電力が供給される。

【0014】

下部ステータ３Ｂは、バックヨーク３１Ｂと、ティース３２Ｂと、コイル３３Ｂと、を有している。バックヨーク３１Ｂは、軸線Ａｃを中心とする円環状をなしている。バックヨーク３１Ｂの中心を含む部分には、シャフト１が挿通される開口が形成されている。ティース３２Ｂは、バックヨーク３１Ｂにおける軸線Ａｃ方向一方側（上側）を向く面上であって、径方向における中央位置から軸線Ａｃ方向に突出する棒状をなしている。ティース３２Ｂは、軸線Ａｃに対する周方向に等間隔をあけて複数配列されている。コイル３３Ｂは、各ティース３２Ｂに銅線を巻回することで形成されている。コイル３３Ｂには、不図示の電源から電力が供給される。これにより、上部ステータ３Ａと下部ステータ３Ｂとが励磁され、ロータ２との間で生じる電磁力によってシャフト１が回転する。つまり、ロータ２とステータ３は、１ロータ２ステータ型のアキシャルギャップモータを構成している。

【0015】

上部ステータ３Ａの軸線Ａｃ方向一方側（上側）、及び下部ステータ３Ｂの軸線Ａｃ方向他方側（下側）には、それぞれシリンダ４（上部シリンダ４Ａ、下部シリンダ４Ｂ）が当接している。上部シリンダ４Ａ、及び下部シリンダ４Ｂは、軸線Ａｃを中心とする筒状をなしている。上部シリンダ４Ａの内側には上述の上部偏心軸１１Ａ、及び当該上部偏心軸１１Ａに嵌め込まれたリング状のロータリピストン１２（上部ロータリピストン１２Ａ）が収容されている。下部シリンダ４Ｂの内側には上述の下部偏心軸１１Ｂ、及び当該下部偏心軸１１Ｂに嵌め込まれたリング状のロータリピストン１２（下部ロータリピストン１２Ｂ）が収容されている。また、上部シリンダ４Ａ、及び下部シリンダ４Ｂの周方向における一部には、外部から冷媒を導くための吸入口８Ａ，８Ｂがそれぞれ設けられている。

【0016】

上部シリンダ４Ａの軸線Ａｃ方向一方側（上側）、及び下部シリンダ４Ｂの軸線Ａｃ方向他方側（下側）には、それぞれ端板５（上部端板５Ａ、下部端板５Ｂ）が当接している。つまり、上部端板５Ａは上部シリンダ４Ａをバックヨーク３１Ａとともに軸線Ａｃ方向から挟んでいる。同様に、下部端板５Ｂは下部シリンダ４Ｂをバックヨーク３１Ｂとともに軸線Ａｃ方向から挟んでいる。上部端板５Ａ、及び下部端板５Ｂは、軸線Ａｃを中心とする円盤状をなしている。上部端板５Ａ、及び下部端板５Ｂの中心を含む部分には、軸受６（上部軸受６Ａ、下部軸受６Ｂ）がそれぞれ取り付けられている。これら軸受６によってシャフト本体１Ｈの軸端が支持されている。また、上部端板５Ａ、及び下部端板５Ｂは、ハウジング７の内周面に対して締まり嵌めされた状態で固定されている。

【0017】

図２に拡大して示すように、上部端板５Ａにおける軸線Ａｃ方向他方側（下側）を向く面は端板主面５Ｓとされている。さらに、バックヨーク３１Ａにおける軸線Ａｃ方向一方側（上側）を向く面はバックヨーク対向面３１Ｓとされている。これら端板主面５Ｓ、及びバックヨーク対向面３１Ｓと、上部シリンダ４Ａの内周面とによって、上部圧縮室Ｃ１が形成されている。つまり、本実施形態では、ステータ３の一部（バックヨーク３１Ａ）が、上部圧縮室Ｃ１の一部を形成する部材を兼ねている。また、下部圧縮室Ｃ２も、上部圧縮室Ｃ１と同様に、下部ステータ３Ｂのバックヨーク３１Ｂと、下部端板５Ｂと、下部シリンダ４Ｂとによって形成されている。

【0018】

これら上部圧縮室Ｃ１、及び下部圧縮室Ｃ２内では、上述の上部ロータリピストン１２Ａ、及び下部ロータリピストン１２Ｂがそれぞれ偏心回転する。これにより、上部圧縮室Ｃ１、及び下部圧縮室Ｃ２の容積が時間変化し、吸入口８Ａ、８Ｂから取り込まれた冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、ハウジング７内を経て、吐出口７Ａから外部に取り出される。

【0019】

なお、上部圧縮室Ｃ１と下部圧縮室Ｃ２を順次通過させることで冷媒の圧力を二段階で高める構成を採ることも可能であるし、上部圧縮室Ｃ１と下部圧縮室Ｃ２とを独立して機能させる構成を採ることも可能である。

【0020】

（作用効果）

【0021】

上記構成によれば、ステータ３のバックヨーク３１Ａ，３１Ｂが端板５、及びシリンダ４とともに圧縮室Ｃ１，Ｃ２を形成している。言い換えれば、バックヨーク３１Ａ，３１Ｂはモータの一部としての機能と圧縮室Ｃ１，Ｃ２を形成する部材の一部としての機能を兼ねている。これにより、部品点数を削減することができる。さらに、当該削減された部材の分だけ、軸線Ａｃ方向における装置の寸法体格を小さく抑えることができる。

【0022】

さらに、上記構成によれば、一対の端板５にそれぞれ軸受６が設けられていることから、シャフト１をその両端部でそれぞれ支持することができる。これにより、騒音や振動が低減され、より安定的にシャフト１を回転させることができる。

【0023】

＜第二実施形態＞
次に、本開示の第二実施形態について、図３を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、軸受６´（上部軸受６Ａ´）が端板５´（上部端板５Ａ´）ではなく、バックヨーク３１Ａに一体に設けられている。これにより、端板５´は、軸線Ａｃを中心とする円盤状をなしており、その中心を含む部分には開口部等が形成されていない。また、詳しくは図示しないが、下部に位置する他の軸受６´も上部軸受６Ａ´と同様に、バックヨーク３１Ｂに一体に設けられている。

【0024】

上記構成によれば、一対のバックヨーク３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ軸受６´が設けられていることから、端板５´側にはシャフト１の端部が突出しない。即ち、軸線Ａｃ方向におけるシャフト１の寸法を小さく抑えることができる。これにより、シャフト１に撓みや芯ずれが生じる可能性をより一層低減することができる。その結果、ロータリ圧縮機１００をより安定的に運用することが可能となる。

【0025】

（その他の実施形態）
以上、本開示の各実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば上記第二実施形態の変形例として、図4に示すように、バックヨーク３１Ａを、ティース３２Ａと一体に形成された円環状のバックヨーク本体３４と、このバックヨーク本体３４とは別体に設けられた支持板３５とによって構成することも可能である。支持板３５は、軸線Ａｃを中心とする円盤状をなしており、その中心部には軸受６´が設けられている。このような構成によれば、コイル３３Ａを構成するに当たって、バックヨーク本体３４が支持板３５から着脱可能であることから、製造容易性をさらに高めることができる。

【0026】

また、上記第一実施形態で説明した構成（端板５に軸受６を設ける構成）と、第二実施形態で説明した構成（バックヨーク３１Ａ，３１Ｂに軸受６´を設ける構成）とを組み合わせることも可能である。つまり、上部軸受６Ａは端板５に取り付け、下部軸受６Ｂはバックヨーク３１Ｂに取り付ける構成や、上部軸受６Ａはバックヨーク３１Ａに取り付け、下部軸受６Ｂは端板５に取り付ける構成を採ることが可能である。

【0027】

＜付記＞
各実施形態に記載のロータリ圧縮機１００は、例えば以下のように把握される。

【0028】

（１）第１の態様に係るロータリ圧縮機１００は、軸線Ａｃに沿って延びるシャフト１と、前記シャフト１に固定され、前記軸線Ａｃを中心とする円盤状のロータ２と、該ロータ２に前記軸線Ａｃ方向の両側からそれぞれ対向し、前記軸線Ａｃを中心とする円盤状のバックヨーク３１Ａ，３１Ｂ、該バックヨーク３１Ａ，３１Ｂから突出するティース３２Ａ，３２Ｂ、及び該ティース３２Ａ，３２Ｂに巻回されたコイル３３Ａ，３３Ｂを有する一対のステータ３と、該ステータ３に前記軸線Ａｃ方向からそれぞれ当接し、前記軸線Ａｃを中心とする環状をなす一対のシリンダ４と、前記シャフト１とともに偏心回転する一対のロータリピストン１２と、前記シリンダ４を前記ステータ３とともに前記軸線Ａｃ方向から挟むことで前記バックヨーク３１Ａ，３１Ｂとともに、前記ロータリピストン１２を収容する圧縮室Ｃ１，Ｃ２を形成する一対の端板５と、前記端板５、及び前記バックヨーク３１Ａ，３１Ｂの少なくとも一方に設けられた一対の軸受６と、を備える。

【0029】

上記構成によれば、ステータ３のバックヨーク３１Ａ，３１Ｂが端板５、及びシリンダ４とともに圧縮室Ｃ１，Ｃ２を形成している。言い換えれば、バックヨーク３１Ａ，３１Ｂはモータの一部としての機能と圧縮室Ｃ１，Ｃ２を形成する部材の一部としての機能を兼ねている。これにより、部品点数を削減することができる。さらに、当該削減された部材の分だけ、軸線Ａｃ方向における装置の寸法体格を小さく抑えることができる。

【0030】

（２）第２の態様に係るロータリ圧縮機１００では、前記軸受６は、一対の前記端板５にそれぞれ一体に設けられている。

【0031】

上記構成によれば、一対の端板５にそれぞれ軸受６が設けられていることから、シャフト１をその両端部でそれぞれ支持することができる。これにより、騒音や振動が低減され、より安定的にシャフト１を回転させることができる。

【0032】

（３）第３の態様に係るロータリ圧縮機１００では、前記軸受６は、一対の前記バックヨーク３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ一体に設けられている。

【0033】

上記構成によれば、一対のバックヨーク３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ軸受６が設けられていることから、端板５側にはシャフト１の端部が突出しない。即ち、シャフト１の寸法を小さく抑えることができる。これにより、シャフト１に撓みや芯ずれが生じる可能性を低減することができる。

【0034】

（４）第４の態様に係るロータリ圧縮機１００では、前記軸受６は、前記バックヨーク３１Ａ，３１Ｂから前記ロータ２に向かう方向に突出している。

【0035】

上記構成によれば、軸受６がバックヨーク３１Ａ，３１Ｂからロータ２に向かう方向に突出していることから、当該軸受６の軸線Ａｃ方向の寸法を大きく確保することができる。これにより、高負荷時であっても、安定的にシャフト１を支持することが可能となる。

【符号の説明】

【0036】

１００ ロータリ圧縮機
１ シャフト
１Ｈ シャフト本体
１１Ａ 上部偏心軸
１１Ｂ 下部偏心軸
１２ ロータリピストン
１２Ａ 上部ロータリピストン
１２Ｂ 下部ロータリピストン
２ ロータ
２１ ロータコア
２２ 永久磁石
３ ステータ
３Ａ 上部ステータ
３Ｂ 下部ステータ
３１Ａ，３１Ｂ バックヨーク
３１Ｓ バックヨーク対向面
３２Ａ，３２Ｂ ティース
３３Ａ，３３Ｂ コイル
４ シリンダ
４Ａ 上部シリンダ
４Ｂ 下部シリンダ
５ 端板
５Ａ 上部端板
５Ｂ 下部端板
５Ｓ 端板主面
６ 軸受
６Ａ 上部軸受
６Ｂ 下部軸受
７ ハウジング
７Ａ 吐出口
８Ａ，８Ｂ 吸入口
Ａｃ 軸線
Ｃ１ 上部圧縮室
Ｃ２ 下部圧縮室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】