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(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】2023-11-20
(45)【発行日】2023-11-29
(54)【発明の名称】回転式圧縮機および冷凍サイクル装置
(51)【国際特許分類】
F04C 18/356 20060101AFI20231121BHJP
F04C 23/00 20060101ALI20231121BHJP
F25B 1/04 20060101ALI20231121BHJP
【ＦＩ】
F04C18/356 E
F04C23/00 F
F25B1/04 A
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022502348
(86)(22)【出願日】2020-02-25
(86)【国際出願番号】 JP2020007348
(87)【国際公開番号】W WO2021171340
(87)【国際公開日】2021-09-02
【審査請求日】2022-02-25
(73)【特許権者】
【識別番号】505461072
【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】平山 卓也
(72)【発明者】
【氏名】川辺 功
(72)【発明者】
【氏名】長畑 大志
【審査官】北村 一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／１７１５４０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０３４５２８４４（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１２９７５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０４Ｃ １８／３５６
Ｆ０４Ｃ ２３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中心軸の周りに回転可能なシャフトと、前記シャフトの中心軸方向の一方側から他方側に並んで配置された第１圧縮機構部、第２圧縮機構部および第３圧縮機構部を有する複数の圧縮機構部と、
前記シャフトに設けられ、前記第１圧縮機構部、前記第２圧縮機構部および前記第３圧縮機構部にそれぞれ前記シャフトの周方向において異なる方向に配置された第１偏心部、第２偏心部および第３偏心部を有する複数の偏心部と、
前記シャフトと共に回転する第１バランサと、
前記第１バランサの前記他方側に配置され、前記シャフトと共に回転する第２バランサと、を備え、
前記シャフトの中心軸に対する前記第１バランサの偏心方向と、前記シャフトの中心軸に対する前記複数の偏心部の偏心方向との角度が、前記第３偏心部、前記第２偏心部、前記第１偏心部の順に大きくなり、
前記シャフトの中心軸に対する前記第２バランサの偏心方向と、前記シャフトの中心軸に対する前記複数の偏心部の偏心方向との角度が、前記第１偏心部、前記第２偏心部、前記第３偏心部の順に大きくなり、
前記第１偏心部の重心と前記第２偏心部の重心との間の前記中心軸方向の距離に対する、前記第２偏心部の重心と前記第３偏心部の重心との間の前記中心軸方向の距離の割合をｋとし、
前記シャフトの中心軸に対する前記第３偏心部の偏心方向と、前記シャフトの中心軸に対する前記第１バランサの偏心方向との角度をθ１（ｒａｄ）とし、
前記シャフトの中心軸に対する前記第３偏心部の偏心方向と、前記シャフトの中心軸に対する前記第２バランサの偏心方向との角度をθ２（ｒａｄ）としたとき、
ａｒｃｔａｎ（Ａ）－π／３６ ≦θ１≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π／３６
ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π－π／３６≦θ２≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π＋π／３６
Ａ＝√３／（２ｋ＋１）
を満たす、
回転式圧縮機。
【請求項2】
前記複数の偏心部は、前記中心軸方向において前記第１バランサと前記第２バランサとの間に配置される、請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項3】
前記第１偏心部の重心と前記第２偏心部の重心との間の第１領域および前記第２偏心部の重心と前記第３偏心部の重心との間の第２領域のうち、前記中心軸方向の距離が大きい方の領域に、前記シャフトを支持する中間軸受が配置される、請求項１または２に記載の回転式圧縮機。
【請求項4】
前記複数の圧縮機構部の前記一方側に配置され、前記シャフトを回転駆動する電動機部と、前記複数の圧縮機構部の前記一方側に配置され、前記シャフトを支持する第１軸受と、
前記複数の圧縮機構部の前記他方側に配置され、前記シャフトを支持する第２軸受と、をさらに有し、
前記第１バランサは、前記電動機部の前記一方側に配置され、
前記第２バランサは、前記第２軸受の前記他方側に配置される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転式圧縮機。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載の回転式圧縮機と、前記回転式圧縮機に接続された放熱器と、
前記放熱器に接続された膨張装置と、
前記膨張装置に接続された吸熱器と、を有する、
冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、回転式圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
冷凍サイクル装置において、圧縮性能の高い多気筒の回転式圧縮機が利用されている。多気筒の回転式圧縮機は、複数の圧縮機構部と、シャフトと、複数の偏心部と、を備える。複数の偏心部は、シャフトに設けられ、複数の圧縮機構部にそれぞれ配置される。複数の偏心部の偏心方向は、シャフトの周方向においてそれぞれ異なる方向である。シャフトとともに複数の偏心部が回転すると、回転式圧縮機が振動する。振動を抑制することができる回転式圧縮機が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１９／１８６６９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、振動を抑制することができる回転式圧縮機および冷凍サイクル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の回転式圧縮機は、シャフトと、複数の圧縮機構部と、複数の偏心部と、第１バランサと、第２バランサと、を持つ。シャフトは、中心軸の周りに回転可能である。複数の圧縮機構部は、シャフトの中心軸方向の一方側から他方側に並んで配置された第１圧縮機構部、第２圧縮機構部および第３圧縮機構部を有する。複数の偏心部は、シャフトに設けられ、第１圧縮機構部、第２圧縮機構部および第３圧縮機構部にそれぞれシャフトの周方向において異なる方向に配置された第１偏心部、第２偏心部および第３偏心部を有する。第１バランサは、シャフトと共に回転する。第２バランサは、第１バランサの他方側に配置され、シャフトと共に回転する。シャフトの中心軸に対する第１バランサの偏心方向と、シャフトの中心軸に対する複数の偏心部の偏心方向との角度が、第３偏心部、第２偏心部、第１偏心部の順に大きくなる。シャフトの中心軸に対する第２バランサの偏心方向と、シャフトの中心軸に対する複数の偏心部の偏心方向との角度が、第１偏心部、第２偏心部、第３偏心部の順に大きくなる。第１偏心部の重心と第２偏心部の重心との間の中心軸方向の距離に対する、第２偏心部の重心と第３偏心部の重心との間の中心軸方向の距離の割合をｋとする。シャフトの中心軸に対する第３偏心部の偏心方向と、シャフトの中心軸に対する第１バランサの偏心方向との角度をθ１（ｒａｄ）とする。シャフトの中心軸に対する第３偏心部の偏心方向と、シャフトの中心軸に対する第２バランサの偏心方向との角度をθ２（ｒａｄ）とする。このとき、
ａｒｃｔａｎ（Ａ）－π／３６ ≦θ１≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π／３６
ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π－π／３６≦θ２≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π＋π／３６
Ａ＝√３／（２ｋ＋１）
を満たす。
ａｒｃｔａｎ（Ａ）－π／３６ ≦θ１≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π／３６
ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π－π／３６≦θ２≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π＋π／３６
Ａ＝√３／（２ｋ＋１）
を満たす。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】実施形態の回転式圧縮機の断面図を含む冷凍サイクル装置の概略構成図。
【図2】複数の偏心部の底面図。
【図3】シャフトの模式的な正面図。
【図4】シャフトの模式的な側面図。
【図5】第１バランサの底面図。
【図6】第２バランサの底面図。
【図7】バランサのズレ角と圧縮機本体の振動振幅との関係を示すグラフ。
【図8】実施形態の第１変形例の回転式圧縮機の断面図。
【図9】実施形態の第２変形例の回転式圧縮機の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、実施形態の回転式圧縮機および冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の回転式圧縮機の断面図を含む冷凍サイクル装置の概略構成図である。本願において、直交座標系のＺ方向、Ｘ方向およびＹ方向が以下のように定義される。Ｚ方向は、シャフト１３の中心軸方向である。＋Ｚ方向（一方側）は圧縮機構部２０から電動機部１５に向かう方向であり、－Ｚ方向（他方側）は＋Ｚ方向の反対側である。例えば、Ｚ方向は鉛直方向であり、＋Ｚ方向は鉛直上方である。Ｘ方向およびＹ方向は、シャフト１３の径方向である。Ｘ方向は、シャフト１３の中心軸に対する第３偏心部３３の偏心方向である。例えば、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向である。
図１は、実施形態の回転式圧縮機の断面図を含む冷凍サイクル装置の概略構成図である。本願において、直交座標系のＺ方向、Ｘ方向およびＹ方向が以下のように定義される。Ｚ方向は、シャフト１３の中心軸方向である。＋Ｚ方向（一方側）は圧縮機構部２０から電動機部１５に向かう方向であり、－Ｚ方向（他方側）は＋Ｚ方向の反対側である。例えば、Ｚ方向は鉛直方向であり、＋Ｚ方向は鉛直上方である。Ｘ方向およびＹ方向は、シャフト１３の径方向である。Ｘ方向は、シャフト１３の中心軸に対する第３偏心部３３の偏心方向である。例えば、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向である。
【0008】
冷凍サイクル装置１について簡単に説明する。
冷凍サイクル装置１は、回転式圧縮機２と、回転式圧縮機２に接続された放熱器（例えば凝縮器）３と、放熱器３に接続された膨張装置（例えば膨張弁）４と、膨張装置４に接続された吸熱器（例えば蒸発器）５と、を有する。冷凍サイクル装置１は、二酸化炭素（ＣＯ２）等の冷媒を含む。冷媒は、相変化しながら冷凍サイクル装置１を循環する。
冷凍サイクル装置１は、回転式圧縮機２と、回転式圧縮機２に接続された放熱器（例えば凝縮器）３と、放熱器３に接続された膨張装置（例えば膨張弁）４と、膨張装置４に接続された吸熱器（例えば蒸発器）５と、を有する。冷凍サイクル装置１は、二酸化炭素（ＣＯ２）等の冷媒を含む。冷媒は、相変化しながら冷凍サイクル装置１を循環する。
【0009】
回転式圧縮機２は、いわゆるロータリ式の圧縮機である。回転式圧縮機２は、内部に取り込まれる低圧の気体冷媒（流体）を圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。回転式圧縮機２の具体的な構成は後述される。
【0010】
放熱器３は、回転式圧縮機２から吐出される高温・高圧の気体冷媒から放熱して、高温・高圧の気体冷媒を高圧の液体冷媒にする。
膨張装置４は、放熱器３から送り込まれる高圧の液体冷媒の圧力を下げ、高圧の液体冷媒を低温・低圧の液体冷媒にする。
吸熱器５は、膨張装置４から送り込まれる低温・低圧の液体冷媒を気化させ、低圧の気体冷媒にする。吸熱器５において、低圧の液体冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪うことで周囲が冷却される。吸熱器５を通過した低圧の気体冷媒は、上述した回転式圧縮機２の内部に取り込まれる。
膨張装置４は、放熱器３から送り込まれる高圧の液体冷媒の圧力を下げ、高圧の液体冷媒を低温・低圧の液体冷媒にする。
吸熱器５は、膨張装置４から送り込まれる低温・低圧の液体冷媒を気化させ、低圧の気体冷媒にする。吸熱器５において、低圧の液体冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪うことで周囲が冷却される。吸熱器５を通過した低圧の気体冷媒は、上述した回転式圧縮機２の内部に取り込まれる。
【0011】
このように、本実施形態の冷凍サイクル装置１では、作動流体である冷媒が気体冷媒と液体冷媒との間で相変化しながら循環する。冷媒は、気体冷媒から液体冷媒に相変化する過程で放熱し、液体冷媒から気体冷媒に相変化する過程で吸熱する。これらの放熱や吸熱を利用して暖房や冷房などが行われる。
【0012】
回転式圧縮機２について説明する。
回転式圧縮機２は、アキュムレータ６と、圧縮機本体１０と、を有する。アキュムレータ６は、吸熱器５から送り込まれる冷媒を、気体冷媒と液体冷媒とに分離する。気体冷媒は、吸入管を通って圧縮機本体１０に取り込まれる。
回転式圧縮機２は、アキュムレータ６と、圧縮機本体１０と、を有する。アキュムレータ６は、吸熱器５から送り込まれる冷媒を、気体冷媒と液体冷媒とに分離する。気体冷媒は、吸入管を通って圧縮機本体１０に取り込まれる。
【0013】
圧縮機本体１０は、ケース１１と、シャフト１３と、電動機部１５と、複数の圧縮機構部２０と、を有する。
ケース１１は、両端部が閉塞された円筒状に形成される。ケース１１は、シャフト１３、電動機部１５および複数の圧縮機構部２０を収容する。ケース１１は、上端部に吐出部１９を有する。吐出部１９は、ケース１１の内部の気体冷媒を放熱器３に供給する。
ケース１１は、両端部が閉塞された円筒状に形成される。ケース１１は、シャフト１３、電動機部１５および複数の圧縮機構部２０を収容する。ケース１１は、上端部に吐出部１９を有する。吐出部１９は、ケース１１の内部の気体冷媒を放熱器３に供給する。
【0014】
シャフト１３は、圧縮機本体１０の中心軸に沿って配置されている。シャフト１３は、複数の偏心部３０を有する。複数の偏心部３０の詳細については後述される。
電動機部１５は、シャフト１３の＋Ｚ方向に配置される。電動機部１５は、固定子１５ａと、回転子１５ｂと、を有する。固定子１５ａは、ケース１１の内周面に固定される。回転子１５ｂは、シャフト１３の外周面に固定される。電動機部１５は、シャフト１３を回転駆動する。
電動機部１５は、シャフト１３の＋Ｚ方向に配置される。電動機部１５は、固定子１５ａと、回転子１５ｂと、を有する。固定子１５ａは、ケース１１の内周面に固定される。回転子１５ｂは、シャフト１３の外周面に固定される。電動機部１５は、シャフト１３を回転駆動する。
【0015】
複数の圧縮機構部２０は、シャフト１３の回転によって気体冷媒を圧縮する。複数の圧縮機構部２０は、シャフト１３の－Ｚ方向に配置される。複数の圧縮機構部２０は、第１圧縮機構部２１、第２圧縮機構部２２および第３圧縮機構部２３の、３組の圧縮機構部２０を有する。第１圧縮機構部２１、第２圧縮機構部２２および第３圧縮機構部２３は、この順番で＋Ｚ方向から－Ｚ方向に並んで配置される。以下には、代表として第１圧縮機構部２１の構成が説明される。第２圧縮機構部２２および第３圧縮機構部２３の構成は、偏心部３０の偏心方向を除いて、第１圧縮機構部２１と同様である。
【0016】
第１圧縮機構部２１は、第１偏心部３１と、ローラ３５と、シリンダ３７と、を有する。
第１偏心部３１は、円柱状で、シャフト１３と一体に形成される。＋Ｚ方向から見て、第１偏心部３１の中心は、シャフト１３の中心軸から偏心している。
ローラ３５は、円筒状に形成され、第１偏心部３１の外周に沿って配置される。
第１偏心部３１は、円柱状で、シャフト１３と一体に形成される。＋Ｚ方向から見て、第１偏心部３１の中心は、シャフト１３の中心軸から偏心している。
ローラ３５は、円筒状に形成され、第１偏心部３１の外周に沿って配置される。
【0017】
シリンダ３７は、フレーム１２に固定される。フレーム１２の外周面は、ケース１１の内周面に固定される。シリンダ３７は、第１シリンダ室２１ｃと、ベーン（不図示）と、吸込孔３９と、を有する。第１シリンダ室２１ｃは、シリンダ３７の中央をＺ方向に貫通して形成される。第１シリンダ室２１ｃは、内部に第１偏心部３１およびローラ３５を収容する。ベーンは、シリンダ３７に形成されたベーン溝に収容され、第１シリンダ室２１ｃの内部に進退可能である。ベーンは、先端部がローラ３５の外周面に当接するように付勢される。ベーンは、第１偏心部３１およびローラ３５とともに、第１シリンダ室２１ｃの内部を吸込室と圧縮室とに仕切る。吸込孔３９は、アキュムレータ６から第１シリンダ室２１ｃの吸込室に、気体冷媒を取り込む。
【0018】
回転式圧縮機２は、第１軸受１７と、第２軸受１８と、第１仕切部４１と、第２仕切部４２と、第１マフラ２７と、第２マフラ２８と、を有する。
第１軸受１７は、複数の圧縮機構部２０の＋Ｚ方向に配置され、シャフト１３を支持する。第２軸受１８は、複数の圧縮機構部２０の－Ｚ方向に配置され、シャフト１３を支持する。
第１仕切部４１は、第１圧縮機構部２１と第２圧縮機構部２２との間に配置される。第２仕切部４２は、第２圧縮機構部２２と第３圧縮機構部２３との間に配置される。
第１軸受１７は、複数の圧縮機構部２０の＋Ｚ方向に配置され、シャフト１３を支持する。第２軸受１８は、複数の圧縮機構部２０の－Ｚ方向に配置され、シャフト１３を支持する。
第１仕切部４１は、第１圧縮機構部２１と第２圧縮機構部２２との間に配置される。第２仕切部４２は、第２圧縮機構部２２と第３圧縮機構部２３との間に配置される。
【0019】
第１マフラ２７は、第１軸受１７との間に第１マフラ室２７ｃを形成する。第１圧縮機構部２１で圧縮された気体冷媒は、第１マフラ室２７ｃに吐出される。第１マフラ室２７ｃに吐出された気体冷媒は、ケース１１の内部に吐出される。
第２マフラ２８は、第２軸受１８との間に第２マフラ室２８ｃを形成する。第３圧縮機構部２３で圧縮された気体冷媒は、第２マフラ室２８ｃに吐出される。第２マフラ室２８ｃは、マフラ室間通路（不図示）を介して、第１マフラ室２７ｃに連通している。
第２圧縮機構部２２で圧縮された気体冷媒は、第２仕切部４２に形成された仕切部通路４６に吐出される。仕切部通路４６は、前述したマフラ室間通路に連通している。
第２マフラ２８は、第２軸受１８との間に第２マフラ室２８ｃを形成する。第３圧縮機構部２３で圧縮された気体冷媒は、第２マフラ室２８ｃに吐出される。第２マフラ室２８ｃは、マフラ室間通路（不図示）を介して、第１マフラ室２７ｃに連通している。
第２圧縮機構部２２で圧縮された気体冷媒は、第２仕切部４２に形成された仕切部通路４６に吐出される。仕切部通路４６は、前述したマフラ室間通路に連通している。
【0020】
第１偏心部３１の重心３１ｇと第２偏心部３２の重心３２ｇとの間が第１領域Ｒ１である。第２偏心部３２の重心３２ｇと第３偏心部３３の重心３３ｇとの間が第２領域Ｒ２である。第２領域Ｒ２のＺ方向の距離は、第１領域Ｒ１のＺ方向の距離より大きい。第２領域Ｒ２に、シャフト１３を支持する中間軸受４５が配置される。前述した第２仕切部４２は、第２領域Ｒ２に配置される。第２仕切部４２は、仕切部材４３と、中間軸受４５と、を有する。仕切部材４３は－Ｚ方向に配置され、中間軸受４５は＋Ｚ方向に配置される。中間軸受４５が配置されるＺ方向の位置に、シャフト１３の拡径部１４が形成される。中間軸受４５の中央に形成された貫通孔４７が、シャフト１３の拡径部１４を支持する。
【0021】
第１軸受１７と第２軸受１８との間に、複数の圧縮機構部２０が配置される。第１軸受１７と第２軸受１８との間において、シャフト１３の撓みが大きくなる。中間軸受４５は、複数の圧縮機構部２０のＺ方向の中央付近に配置される。中間軸受４５は、シャフト１３の撓みを抑制する。これにより、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
【0022】
複数の偏心部３０について説明する。
複数の偏心部３０は、第１偏心部３１、第２偏心部３２および第３偏心部３３を有する。第１偏心部３１、第２偏心部３２および第３偏心部３３は、それぞれ第１圧縮機構部２１、第２圧縮機構部２２および第３圧縮機構部２３に配置される。
複数の偏心部３０は、第１偏心部３１、第２偏心部３２および第３偏心部３３を有する。第１偏心部３１、第２偏心部３２および第３偏心部３３は、それぞれ第１圧縮機構部２１、第２圧縮機構部２２および第３圧縮機構部２３に配置される。
【0023】
図２は、複数の偏心部の底面図である。複数の偏心部３０は、シャフト１３の中心軸に対して偏心している。複数の偏心部３０の偏心方向は、シャフト１３の周方向において、それぞれ異なる方向である。複数の偏心部３０の偏心方向は、シャフト１３の周方向において等角度間隔であることが望ましい。第１偏心部３１、第２偏心部３２および第３偏心部３３の偏心方向は、シャフト１３の周方向において１２０°の等角度間隔である。
【0024】
本願において、θ方向は、＋Ｚ方向に進む右ネジの回転方向である。
前述したように、第３偏心部３３の偏心方向はＸ方向である。第２偏心部３２の偏心方向は、第３偏心部３３の偏心方向であるＸ方向から、θ方向に１２０°の方向である。第１偏心部３１の偏心方向は、第２偏心部３２の偏心方向から、θ方向に１２０°の方向である。
前述したように、第３偏心部３３の偏心方向はＸ方向である。第２偏心部３２の偏心方向は、第３偏心部３３の偏心方向であるＸ方向から、θ方向に１２０°の方向である。第１偏心部３１の偏心方向は、第２偏心部３２の偏心方向から、θ方向に１２０°の方向である。
【0025】
シャフト１３が回転すると、複数の偏心部３０の重心に対して遠心力Ｆが作用する。複数の偏心部３０に作用する遠心力Ｆの大きさは等しい。第３偏心部３３の重心３３ｇに作用する遠心力の、Ｘ方向成分はＦであり、Ｙ方向成分は０である。第２偏心部３２の重心３２ｇに作用する遠心力の、Ｘ方向成分は－Ｆ／２であり、Ｙ方向成分は－√３・Ｆ／２である。第１偏心部３１の重心３１ｇに作用する遠心力の、Ｘ方向成分は－Ｆ／２であり、Ｙ方向成分は√３・Ｆ／２である。複数の偏心部３０に作用する遠心力Ｆにより、シャフト１３に力のモーメント（振れまわりモーメント、回転モーメント）が作用する。
【0026】
図１に示される回転式圧縮機２は、シャフト１３に作用する力のモーメントを抑制するバランサ（カウンタバランサ）を有する。回転式圧縮機２は、第１バランサ５１と、第２バランサ５２と、を有する。第１バランサ５１および第２バランサ５２は、シャフト１３と共に回転する。第２バランサ５２は、第１バランサ５１の－Ｚ方向に配置される。複数の偏心部３０は、Ｚ方向において第１バランサ５１と第２バランサ５２との間に配置される。
【0027】
第１バランサ５１は、複数の偏心部３０の＋Ｚ方向に配置される。第１バランサ５１は、電動機部１５の＋Ｚ方向に配置される。第１バランサ５１は、電動機部１５の回転子１５ｂの＋Ｚ方向の端面に固定される。第１バランサ５１は、回転子１５ｂおよびシャフト１３と共に回転する。
第２バランサ５２は、複数の偏心部３０の－Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、第２軸受１８の－Ｚ方向であって、第２マフラ２８の内側に配置される。第２バランサ５２は、シャフト１３と別体に形成される。第２バランサ５２は、ネジ等の固定手段によりシャフト１３に固定される。第２バランサ５２は、シャフト１３と共に回転する。
第２バランサ５２は、複数の偏心部３０の－Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、第２軸受１８の－Ｚ方向であって、第２マフラ２８の内側に配置される。第２バランサ５２は、シャフト１３と別体に形成される。第２バランサ５２は、ネジ等の固定手段によりシャフト１３に固定される。第２バランサ５２は、シャフト１３と共に回転する。
【0028】
図３は、シャフトの模式的な正面図である。図４は、シャフトの模式的な側面図である。図３および図４では、理解を容易にするため、シャフト１３、第１バランサ５１および第２バランサ５２の形状および位置を、模式的に示している。第１偏心部３１の重心３１ｇと第２偏心部３２の重心３２ｇとの間のＺ方向の第１距離がＬである。第２偏心部３２の重心３２ｇと第３偏心部３３の重心３３ｇとの間のＺ方向の第２距離がｋＬである。ｋは、第１距離に対する第２距離の割合である。第１バランサ５１の重心５１ｇと第２バランサ５２の重心５２ｇとの間のＺ方向の距離がＢである。
【0029】
図３を利用して、シャフト１３に作用するＹ軸周りの力のモーメントを０にするような、第１バランサ５１に作用する遠心力のＸ方向成分Ｆｂｘを求める。例えば、第３偏心部３３の重心３３ｇを基準点とする。複数の偏心部３０に作用する遠心力ＦのＸ方向成分により、シャフト１３に作用するＹ軸周りの力のモーメントＭｙは、数式１で表される。
Ｍｙ＝ｋＬ・－Ｆ／２＋（ｋ＋１）Ｌ・－Ｆ／２
＝－（２ｋ＋１）ＬＦ／２ ・・・（１）
Ｍｙ＝ｋＬ・－Ｆ／２＋（ｋ＋１）Ｌ・－Ｆ／２
＝－（２ｋ＋１）ＬＦ／２ ・・・（１）
【0030】
例えば、第２バランサ５２の重心５２ｇを基準点とする。シャフト１３の回転により第１バランサ５１に作用する遠心力のＸ方向成分をＦｂｘとする。第１バランサ５１に作用する遠心力のＸ方向成分Ｆｂｘにより、シャフト１３に作用するＹ軸周りの力のモーメントＭｂｙは、数式２で表される。
Ｍｂｙ＝Ｂ・Ｆｂｘ ・・・（２）
Ｍｂｙ＝Ｂ・Ｆｂｘ ・・・（２）
【0031】
以下の数式３が成立するとき、シャフト１３に作用するＹ軸周りの力のモーメントが０になる。
Ｍｙ＋Ｍｂｙ＝０ ・・・（３）
数式３を満たすＦｂｘは、数式４で表される。
Ｆｂｘ＝（２ｋ＋１）ＬＦ／２Ｂ ・・・（４）
第１バランサ５１に作用する遠心力のＸ方向成分Ｆｂｘが数式４を満たすように、第１バランサ５１の質量、位置および形状が設定される。
Ｍｙ＋Ｍｂｙ＝０ ・・・（３）
数式３を満たすＦｂｘは、数式４で表される。
Ｆｂｘ＝（２ｋ＋１）ＬＦ／２Ｂ ・・・（４）
第１バランサ５１に作用する遠心力のＸ方向成分Ｆｂｘが数式４を満たすように、第１バランサ５１の質量、位置および形状が設定される。
【0032】
シャフト１３の回転により第２バランサ５２に作用する遠心力のＸ方向成分は、－Ｆｂｘである。－Ｆｂｘは、数式５で表される。
－Ｆｂｘ＝－（２ｋ＋１）ＬＦ／２Ｂ ・・・（５）
第２バランサ５２に作用する遠心力のＸ方向成分－Ｆｂｘが数式５を満たすように、第２バランサ５２の質量、位置および形状が設定される。
－Ｆｂｘ＝－（２ｋ＋１）ＬＦ／２Ｂ ・・・（５）
第２バランサ５２に作用する遠心力のＸ方向成分－Ｆｂｘが数式５を満たすように、第２バランサ５２の質量、位置および形状が設定される。
【0033】
図４を利用して、シャフト１３に作用するＸ軸周りの力のモーメントを０にするような、第１バランサ５１に作用する遠心力のＹ方向成分Ｆｂｙを求める。例えば、第３偏心部３３の重心３３ｇを基準点とする。複数の偏心部３０に作用する遠心力ＦのＹ方向成分により、シャフト１３に作用するＸ軸周りの力のモーメントＭｘは、数式６で表される。
Ｍｘ＝ｋＬ・－√３・Ｆ／２＋（ｋ＋１）Ｌ・√３・Ｆ／２
＝√３・ＬＦ／２ ・・・（６）
Ｍｘ＝ｋＬ・－√３・Ｆ／２＋（ｋ＋１）Ｌ・√３・Ｆ／２
＝√３・ＬＦ／２ ・・・（６）
【0034】
例えば、第２バランサ５２の重心５２ｇを基準点とする。シャフト１３の回転により第１バランサ５１に作用する遠心力のＹ方向成分をＦｂｙとする。第１バランサ５１に作用する遠心力のＹ方向成分Ｆｂｙにより、シャフト１３に作用するＸ軸周りの力のモーメントＭｂｘは、数式７で表される。
Ｍｂｘ＝Ｂ・Ｆｂｙ ・・・（７）
Ｍｂｘ＝Ｂ・Ｆｂｙ ・・・（７）
【0035】
以下の数式８が成立するとき、シャフト１３に作用するＸ軸周りの力のモーメントが０になる。
Ｍｘ＋Ｍｂｘ＝０ ・・・（８）
数式８を満たすＦｂｙは、数式９で表される。
Ｆｂｙ＝－√３・ＬＦ／２Ｂ ・・・（９）
第１バランサ５１に作用する遠心力のＹ方向成分Ｆｂｙが数式９を満たすように、第１バランサ５１の質量、位置および形状が設定される。
Ｍｘ＋Ｍｂｘ＝０ ・・・（８）
数式８を満たすＦｂｙは、数式９で表される。
Ｆｂｙ＝－√３・ＬＦ／２Ｂ ・・・（９）
第１バランサ５１に作用する遠心力のＹ方向成分Ｆｂｙが数式９を満たすように、第１バランサ５１の質量、位置および形状が設定される。
【0036】
シャフト１３の回転により第２バランサ５２に作用する遠心力のＹ方向成分は、－Ｆｂｙである。－Ｆｂｙは、数式１０で表される。
－Ｆｂｙ＝√３・ＬＦ／２Ｂ ・・・（１０）
第２バランサ５２に作用する遠心力のＹ方向成分Ｆｂｙが数式１０を満たすように、第２バランサ５２の質量、位置および形状が設定される。
－Ｆｂｙ＝√３・ＬＦ／２Ｂ ・・・（１０）
第２バランサ５２に作用する遠心力のＹ方向成分Ｆｂｙが数式１０を満たすように、第２バランサ５２の質量、位置および形状が設定される。
【0037】
図５は、第１バランサの底面図である。前述したように、シャフト１３に作用する力のモーメントを０にするような、第１バランサ５１に作用する遠心力のＸ方向成分Ｆｂｘは数式４で表され、Ｙ方向成分Ｆｂｙは数式９で表される。＋Ｘ方向に対する、シャフト１３の中心軸に対する第１バランサ５１の重心５１ｇの偏心方向の、θ方向における角度θ１（ｒａｄ）は、数式１１で表される。
θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ）、Ａ＝√３／（２ｋ＋１） ・・・（１１）
θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ａ）、Ａ＝√３／（２ｋ＋１） ・・・（１１）
【0038】
シャフト１３の中心軸に対する第１バランサ５１の重心５１ｇの偏心方向と、シャフト１３の中心軸に対する複数の偏心部３０の重心の偏心方向との角度が、以下のように定義される。第１偏心部３１の重心３１ｇの偏心方向との角度がθ１１である。第２偏心部３２の重心３２ｇの偏心方向との角度がθ１２である。第３偏心部３３の重心３３ｇの偏心方向との角度がθ１３である。シャフト１３の中心軸に対する第１バランサ５１の重心５１ｇの偏心方向と、シャフト１３の中心軸に対する複数の偏心部３０の重心の偏心方向との角度は、数式１２を満たす。
θ１３＜θ１２＜θ１１ ・・・（１２）
すなわち、小さい方からθ１３、θ１２、θ１１の順に大きくなる。
θ１３＜θ１２＜θ１１ ・・・（１２）
すなわち、小さい方からθ１３、θ１２、θ１１の順に大きくなる。
【0039】
複数の偏心部３０および第１バランサ５１は、数式１２を満たすように設定される。複数の偏心部３０の偏心方向が等角度間隔でない場合でも、数式１２を満たすことにより、シャフト１３の力のモーメントが抑制される。第１バランサ５１に作用する遠心力が数式４または９を満たさない場合でも、数式１２を満たすことにより、シャフト１３の力のモーメントが抑制される。
【0040】
図６は、第２バランサの底面図である。前述したように、シャフト１３に作用する力のモーメントを０にするような、第２バランサ５２に作用する遠心力のＸ方向成分－Ｆｂｘは数式５で表され、Ｙ方向成分－Ｆｂｙは数式１０で表される。＋Ｘ方向に対する、シャフト１３の中心軸に対する第２バランサ５２の重心５２ｇの偏心方向の、θ方向における角度θ２（ｒａｄ）は、数式１３で表される。
θ２＝ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π、Ａ＝√３／（２ｋ＋１） ・・・（１３）
θ２＝ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π、Ａ＝√３／（２ｋ＋１） ・・・（１３）
【0041】
シャフト１３の中心軸に対する第２バランサ５２の重心５２ｇの偏心方向と、シャフト１３の中心軸に対する複数の偏心部３０の重心の偏心方向との角度が、以下のように定義される。第１偏心部３１の重心３１ｇの偏心方向との角度がθ２１である。第２偏心部３２の重心３２ｇの偏心方向との角度がθ２２である。第３偏心部３３の重心３３ｇの偏心方向との角度がθ２３である。シャフト１３の中心軸に対する第２バランサ５２の重心５２ｇの偏心方向と、シャフト１３の中心軸に対する複数の偏心部３０の重心の偏心方向との角度は、数式１４を満たす。
θ２１＜θ２２＜θ２３ ・・・（１４）
すなわち、小さい方からθ２１、θ２２、θ２３の順に大きくなる。
θ２１＜θ２２＜θ２３ ・・・（１４）
すなわち、小さい方からθ２１、θ２２、θ２３の順に大きくなる。
【0042】
複数の偏心部３０および第２バランサ５２は、数式１４を満たすように設定される。複数の偏心部３０の偏心方向が等角度間隔でない場合でも、数式１４を満たすことにより、シャフト１３の力のモーメントが抑制される。第２バランサ５２に作用する遠心力が数式５または１０を満たさない場合でも、数式１４を満たすことにより、シャフト１３の力のモーメントが抑制される。
【0043】
図７は、バランサのズレ角と圧縮機本体の振動振幅との関係を示すグラフである。図７の横軸は、前述した各バランサ５１，５２の角度θ１，θ２のズレ角（°）である。図７の縦軸は、圧縮機本体１０の振動振幅（μｍ）である。各バランサ５１，５２の角度θ１，θ２のズレ角が大きくなるほど、圧縮機本体１０の振動振幅が大きくなる。角度θ１，θ２のズレ角が±５°（±π／３６ｒａｄ）の範囲では、圧縮機本体１０の振動振幅が１０μｍ以下である。角度θ１およびθ２は、Ａ＝√３／（２ｋ＋１）として、それぞれ数式１５および１６を満たすことが望ましい。
ａｒｃｔａｎ（Ａ）－π／３６ ≦θ１≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π／３６ ・・（１５）
ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π－π／３６≦θ２≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π＋π／３６ ・・（１６）
ａｒｃｔａｎ（Ａ）－π／３６ ≦θ１≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π／３６ ・・（１５）
ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π－π／３６≦θ２≦ａｒｃｔａｎ（Ａ）＋π＋π／３６ ・・（１６）
【0044】
以上に詳述されたように、実施形態の回転式圧縮機は、シャフト１３と、複数の圧縮機構部２０と、複数の偏心部３０と、第１バランサ５１と、第２バランサ５２と、を持つ。複数の偏心部３０は、シャフト１３の中心軸方向の＋Ｚ方向から－Ｚ方向に並んで配置された第１偏心部３１、第２偏心部３２および第３偏心部３３を有する。第２バランサ５２は、第１バランサ５１の－Ｚ方向に配置される。第１バランサ５１の偏心方向と、複数の偏心部３０の偏心方向との角度が、数式１２を満たす。第２バランサ５２の偏心方向と、複数の偏心部３０の偏心方向との角度が、数式１４を満たす。
【0045】
３気筒の回転式圧縮機２において、３個の偏心部３１，３２，３３により生じるシャフト１３の力のモーメントが、２個のバランサ５１，５２により抑制される。これにより、回転式圧縮機２の振動が抑制される。シャフト１３の撓みに起因する回転式圧縮機２の信頼性の低下や性能の悪化が抑制される。したがって、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
【0046】
＋Ｘ方向に対する第１バランサ５１の偏心方向の角度をθ１（ｒａｄ）とする。＋Ｘ方向に対する第２バランサ５２の偏心方向の角度をθ２（ｒａｄ）とする。θ１およびθ２は、数式１５および１６を満たす。
【0047】
θ１が数式１１を満たし、θ２が数式１３を満たすとき、シャフト１３の力のモーメントは理論上０になる。数式１１からのθ１のズレ角および数式１３からのθ２のズレ角が±５°の場合に、圧縮機本体１０の振動振幅が１０μｍ以下に抑制される。したがって、数式１５および１６を満たすことにより、低振動の回転式圧縮機２を提供することができる。
【0048】
複数の偏心部３０は、Ｚ方向において第１バランサ５１と第２バランサ５２との間に配置される。
複数の偏心部３０の遠心力によりシャフト１３に作用する力のモーメントの中心と、２個のバランサ５１，５２の遠心力によりシャフト１３に作用する力のモーメントの中心とが接近する。そのため、力のモーメントの中心のズレによるシャフト１３の撓み等が抑制される。したがって、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
複数の偏心部３０の遠心力によりシャフト１３に作用する力のモーメントの中心と、２個のバランサ５１，５２の遠心力によりシャフト１３に作用する力のモーメントの中心とが接近する。そのため、力のモーメントの中心のズレによるシャフト１３の撓み等が抑制される。したがって、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
【0049】
第１偏心部３１の重心３１ｇと第２偏心部３２の重心３２ｇとの間の第１領域Ｒ１および第２偏心部３２の重心３２ｇと第３偏心部３３の重心３３ｇとの間の第２領域Ｒ２のうち、Ｚ方向の距離が大きい方の領域に、シャフト１３を支持する中間軸受４５が配置される。
複数の圧縮機構部２０の中央付近に中間軸受４５が配置されるので、シャフト１３の撓み等が抑制される。これにより、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
複数の圧縮機構部２０の中央付近に中間軸受４５が配置されるので、シャフト１３の撓み等が抑制される。これにより、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
【0050】
回転式圧縮機２は、電動機部１５と、第１軸受１７と、第２軸受１８と、をさらに有する。第１バランサ５１は、電動機部１５の＋Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、第２軸受１８の－Ｚ方向に配置される。
各バランサ５１，５２の間の距離が長くなるので、各バランサ５１，５２の質量が抑制される。これにより、回転式圧縮機２の軽量化、小型化、省資源化を図ることができる。
各バランサ５１，５２の間の距離が長くなるので、各バランサ５１，５２の質量が抑制される。これにより、回転式圧縮機２の軽量化、小型化、省資源化を図ることができる。
【0051】
実施形態の冷凍サイクル装置１は、前述した回転式圧縮機２と、回転式圧縮機２に接続された放熱器３と、放熱器３に接続された膨張装置４と、膨張装置４に接続された吸熱器５と、を有する。
これにより、低振動、高信頼性、高性能の冷凍サイクル装置１を提供することができる。
これにより、低振動、高信頼性、高性能の冷凍サイクル装置１を提供することができる。
【0052】
図８は、実施形態の第１変形例の回転式圧縮機の断面図である。第１変形例は、各バランサ５１，５２の位置および形状の点で、実施形態と異なる。
実施形態と同様に、第１バランサ５１および第２バランサ５２は、シャフト１３と共に回転する。第２バランサ５２は、第１バランサ５１の－Ｚ方向に配置される。複数の偏心部３０は、Ｚ方向において第１バランサ５１と第２バランサ５２との間に配置される。
実施形態と同様に、第１バランサ５１および第２バランサ５２は、シャフト１３と共に回転する。第２バランサ５２は、第１バランサ５１の－Ｚ方向に配置される。複数の偏心部３０は、Ｚ方向において第１バランサ５１と第２バランサ５２との間に配置される。
【0053】
第１バランサ５１は、複数の偏心部３０の＋Ｚ方向に配置される。第１バランサ５１は、電動機部１５の－Ｚ方向に配置される。第１バランサ５１は、電動機部１５の回転子１５ｂの－Ｚ方向の端面に固定される。
第２バランサ５２は、複数の偏心部３０の－Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、第２軸受１８の－Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２の＋Ｚ方向の表面は、第２軸受１８の－Ｚ方向の表面に沿って配置される。
第２バランサ５２は、複数の偏心部３０の－Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、第２軸受１８の－Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２の＋Ｚ方向の表面は、第２軸受１８の－Ｚ方向の表面に沿って配置される。
【0054】
第１変形例の回転式圧縮機２は、数式１２、１４、１５および１６を満たす。複数の偏心部３０は、Ｚ方向において第１バランサ５１と第２バランサ５２との間に配置される。これにより、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
【0055】
図９は、実施形態の第２変形例の回転式圧縮機の断面図である。第２変形例は、各バランサ５１，５２の位置および形状の点で、実施形態と異なる。
実施形態と同様に、第１バランサ５１および第２バランサ５２は、シャフト１３と共に回転する。第２バランサ５２は、第１バランサ５１の－Ｚ方向に配置される。
実施形態と同様に、第１バランサ５１および第２バランサ５２は、シャフト１３と共に回転する。第２バランサ５２は、第１バランサ５１の－Ｚ方向に配置される。
【0056】
第１バランサ５１は、複数の偏心部３０の＋Ｚ方向に配置される。第１バランサ５１は、電動機部１５の＋Ｚ方向に配置される。第１バランサ５１は、電動機部１５の回転子１５ｂの＋Ｚ方向の端面に固定される。
第２バランサ５２は、複数の偏心部３０の＋Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、電動機部１５の－Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、電動機部１５の回転子１５ｂの－Ｚ方向の端面に固定される。
第２バランサ５２は、複数の偏心部３０の＋Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、電動機部１５の－Ｚ方向に配置される。第２バランサ５２は、電動機部１５の回転子１５ｂの－Ｚ方向の端面に固定される。
【0057】
第２変形例の回転式圧縮機２は、数式１２、１４、１５および１６を満たす。これにより、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
【0058】
図１に示す実施形態の回転式圧縮機２は、ブレード（不図示）とローラ３５とが別体の、いわゆるロータリ式の圧縮機である。これに対して、回転式圧縮機は、ブレードとローラとが一体の、スイングタイプの圧縮機でもよい。
【0059】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、数式１２および１４を満たすバランサ５１，５２を持つ。これにより、低振動、高信頼性、高性能の回転式圧縮機２を提供することができる。
【0060】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0061】
Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、１…冷凍サイクル装置、２…回転式圧縮機、１３…シャフト、１５…電動機部、１７…第１軸受、１８…第２軸受、２０…複数の圧縮機構部、２１…第１圧縮機構部、２２…第２圧縮機構部、２３…第３圧縮機構部、３０…複数の偏心部、３１…第１偏心部、３１ｇ…重心、３２…第２偏心部、３２ｇ…重心、３３…第３偏心部、３３ｇ…重心、４５…中間軸受、５１…第１バランサ、５２…第２バランサ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】