JP2006161711A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉容器の共振に起因する騒音の発生を防止する。
【解決手段】密閉容器１０１は少なくとも一つの断面において凹形状をなす凹部１５８を形成するとともに、凹部１５８に制振部材１６５を固着したもので、凹部１５８を設けた面の剛性が極端に低いため、ほとんどの振動モードが凹部１５８の振動と連成するため、凹部１５８に制振部材１６５を固着することで、複数の振動モードに対して減衰効果があり、密閉容器１０１の共振に起因する騒音を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に家庭用の電気冷凍冷蔵庫などに使用されるインバータ制御方式の密閉型圧縮機に関するものである。

近年、地球環境に対する要求はますます強まってきており、冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置等においても、特に小形軽量化、静音化、低振動化が強く要望されている。

従来、この種の密閉型圧縮機としては、圧縮機本体を内包する球殻よりも曲率の小なる複数の曲面と、その小曲率の曲面同志を連続的に結ぶ大曲率の曲面とで定まる形状を有するように形成したものであり、密閉容器の最も剛性の低い小曲率部の壁面に制振部材を付加したものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図６は特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図７は従来の密閉型圧縮機の水平断面図を示したものである。

図６、図７において、密閉容器１の底部には潤滑油２を貯留しており、プレス加工により一体に形成された４箇所の水平方向の平坦部３にサスペンションスプリング４が取り付けられている。密閉容器１の曲面形状は、曲率の小なる複数の曲面と、この小曲率の曲面同志を連続的に結ぶ大曲率部６とで定まる曲面形状となっている。また、吸入パイプ７と吐出パイプ８は、密閉容器１の最小曲率部を避けて取り付けられている。

電動要素１０は、固定子１１および回転子１２から構成されている。圧縮要素２０は電動要素１０の上方に配設され、圧縮要素２０と電動要素１０が一体となって、サスペンションスプリング４により密閉容器１に対して弾性的に支持されている。圧縮要素２０のクランクシャフト２１は主軸２２及び偏心軸２３から構成されており、主軸２２はブロック２４の軸受部２６に回転自在に軸支されるとともに、回転子１２が固定されている。

また、ピストン２８はブロック２４に固定されたシリンダ３０に往復自在に挿入されており、シリンダ３０とバルブプレート３１とともに圧縮室３２を形成する。ピストン２８に設けられた円筒部２８ａの内部に連結手段３４が往復自在に挿入されると共に、連結手段３４に偏心軸２３が回転自在に挿入されることで、連結手段３４は偏心軸２３とピストン２８を連結する、スコッチヨーク式の機構を構成している。

制振部材６０は、１枚の鉄板を打抜いて形成したもので、密閉容器１の壁面に一部が固定され、複数の腕部によって、密閉容器１の壁面に弾性力を持って接触する複数の接触部を有している。このような制振部材６０を、密閉容器１の小曲率部の内壁面に、スポット溶接するなどして装着している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素１０に通電されると、固定子１１に発生する回転磁界により、回転子１２はクランクシャフト２１を回転させる。主軸２２の回転により、偏心軸２３の偏心運動が連結手段３４を介してピストン２８に伝えられる。ピストン２８はシリンダ３０内で往復動し、密閉容器１外の冷凍サイクル（図示せず）より戻った冷媒を圧縮室３２内へ導入し、連続して圧縮する。そして、圧縮された冷媒は、吐出パイプ８を経由して密閉容器１外の冷凍サイクル（図示せず）へ送出される。

圧縮動作に伴って発生した振動や圧力の変動が密閉容器１に伝播し、密閉型圧縮機外に騒音として放射される。一般に、密閉容器１の振動モードと周波数が一致する帯域では騒音が大きくなりやすいが、振動モードの腹となりやすい曲率小の部分に制振部材６０を設けることにより、振動モードを抑制し、騒音の発生を防止することができる。
特開平２−１６１１７９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、密閉容器１の高さや奥行きや幅を全体的に小さくしようとすると、曲率が小さい面を各方向に複数箇所設ける必要が生じる。しかも、これらの曲面の曲率に大きな差がないと、剛性の低い面のいずれかに制振部材６０を設けても他の面の振動を防止することができず、騒音が大きくなる。一方、曲率小の面、全てに制振部材６０をつけると、部品点数の増加や工数の増加を引き起こし、コストが増加する。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、密閉容器１の共振を抑制することで、低コストで騒音の低い密閉型圧縮機を実現することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器の少なくとも一つの断面において凹形状をなす凹部を形成するとともに、前記凹部に制振部材を固着したもので、凹部を設けた面の剛性が極端に低いため、ほとんどの振動モードが凹部の振動と連成するため、凹部に制振部材を設けることで、複数の振動モードに対して減衰効果があり、密閉容器の共振に起因する騒音を低減するという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、制振部材が複数の振動モードに対して減衰効果があり、低コストで騒音を低くすることができる。

請求項１に記載の発明は、電動要素と、前記電動要素によって駆動する圧縮要素と、前記電動要素と前記圧縮要素とを収容する密閉容器とを備え、前記密閉容器は少なくとも一つの断面において凹形状をなす凹部を形成するとともに、前記凹部に制振部材を固着したもので、凹部を設けた面の剛性が極端に低いため、ほとんどの振動モードが凹部を有する面の変形を伴うため、凹部に制振部材を固着することで、複数の振動モードに対して減衰効果があり、低コストで騒音を低くすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、制振部材は密閉容器外表面に取り付けたもので、制振部材を外表面に取り付けることで組み立てが容易になると共に、凹部に取り付けることで剛性の低い位置に確実に取り付けることができ、外形寸法が大きくなることを防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、制振部材は粘弾性材料から形成されたもので、制振部材が柔軟性を有しているので、凹部表面の曲面に確実に密着して減衰効果が得られるので、密閉容器の振動モードの発生を抑制し、騒音を低減できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、シリンダを形成するブロックと、前記シリンダと密閉容器外を連通する吐出管とを備えた圧縮要素を電動要素の上方に配置するとともに、凹部を前記密閉容器の上部に形成したもので、シリンダや吐出管と干渉せず、かつ密閉容器の溶接部分に影響を与えることがないように、凹部を設けることができ、全高を低くすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、電動要素はインバータによって複数の運転周波数で駆動されるもので、インバータ駆動によって運転周波数が変化し、加振源の周波数が変化しても、制振部材により多くの振動モードが減衰されるので、密閉容器の振動モードの発生を抑制し、騒音を低減することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、電動要素はこれを構成する固定子の磁極歯に巻線が絶縁材を介して直接巻回された突極集中捲き方式のＤＣブラシレスモータであるので、分布巻きのモータに比べ固定子の剛性が低くなり、インバータのキャリア周波数の影響などで、特に１ｋＨｚ以上の帯域の騒音が高くなりやすいが、制振部材により密閉容器の振動モードの発生を抑制し、騒音を低減することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６のいずれか一項に記載の発明において、電動要素を構成する回転子に希土類磁石を内蔵したので、強力な希土類磁石を用いることでコギングトルクが大きくなり、圧縮要素の部品の振動などから密閉容器の振動を引き起こし、騒音の発生原因となりやすいが、制振部材により多くの振動モードが減衰されるので、密閉容器の振動モードの発生を抑制し、騒音を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図である。図２は図１の密閉容器のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１の密閉容器のＢ−Ｂ線断面図である。

図１から図３において、密閉容器１０１内底部に潤滑油１０２を貯留するとともに、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１２０とからなる圧縮機本体１０９を収容し、例えばＲ６００ａなどの温暖化係数の低い炭化水素系の冷媒を充填している。

まず、圧縮要素１２０の詳細を以下に説明する。

圧縮要素１２０は電動要素１１０の上方に配設されている。圧縮要素１２０のクランクシャフト１２１は主軸１２２及び偏心軸１２３から構成されており、主軸１２２はブロック１２４の軸受部１２６に回転自在に軸支されている。偏心軸１２３には、連結手段１３４が、回転自在な状態で取り付けられている。また、偏心軸１２３の上端にはバランスウェイト１３６が固定されている。

また、ピストン１２８はブロック１２４のシリンダ１３０に往復自在に挿入されており、シリンダ１３０とバルブプレート１３１とともに圧縮室１３２を形成する。連結手段１３４は偏心軸１２３とピストン１２８を連結している。また、バルブプレート１３１はシリンダヘッド１４７によりサクションマフラー１４８と共に、ブロック１２４に固定されている。

次に電動要素１１０について説明する。

電動要素１１０は、固定子１１１と回転子１１２とからなり、インバータ駆動回路（図示せず）とつながっている。

固定子１１１は、固定子鉄心１１３の磁極歯に絶縁材を介して巻線が直接巻回して形成されている。固定子鉄心１１３は、例えば、ＪＩＳ Ｃ２５５２ 無方向性電磁鋼帯などの鉄損の少ない、いわゆる電磁鋼板（珪素鋼板）で形成され、望ましくは厚さ０．７ｍｍ以下、鉄損７Ｗ／ｋｇ以下の電磁鋼板、さらに望ましくは厚さ０．３５ｍｍ、鉄損０．４Ｗ／ｋｇ以下の非常に鉄損の少ない電磁鋼板を用いている。

回転子１１２は、固定子１１１の内径側に配置され、回転子鉄心１１６と、回転子鉄心１１６内に配置される例えばネオジウム等の希土類からなる希土類磁石１１７とから構成され、クランクシャフト１２１の主軸１２２に固定される。回転子鉄心１１６も、固定子１１１の鉄心と同様に、ＪＩＳ Ｃ２５５２ 無方向性電磁鋼帯などの電磁鋼板を積層して形成される。

希土類磁石１１７はフェライト磁石に比べ非常に強い磁束が得られるため、同一の出力でもモータの小型化が可能であり、固定子鉄心１１３の鉄心の高さは同一出力のフェライト磁石を用いたものより薄くなっている。

また、電動要素１１０は、インバータ駆動により、１５ｒ／ｓｅｃから７５ｒ／ｓｅｃの間の複数の周波数で運転を行う。

密閉容器１０１は、上側容器１５１と下側容器１５２を嵌合した後、嵌合部を溶接して形成している。下側容器１５２には、端子１５４や吸入パイプ１０７や吐出パイプ１０８が設けられている。

吐出パイプ１０８と圧縮要素１２０の吐出チャンバー１５５は、柔軟性を有する吐出管１５６により接続されており、シリンダ１３０から密閉型圧縮機外のシステムに連通する流路を形成している。

圧縮要素１２０を電動要素１１０の上方に配置した密閉型圧縮機では、クランクシャフト１２１の偏心軸１２３が上方の中央部分に配置される。吐出管１５６は柔軟性を有し、運転時の圧縮機本体１０９の振動に伴って変形することで、密閉容器１０１への振動の伝達を軽減している。このため、吐出管１５６は運転時に振動や変形がおきるので、他の部品と接触して異音や変形破損を生じないように、他の部品との距離を大きくとる必要がある。

特に、偏心軸１２３の周辺部は回転運動しており、吐出管１５６との接触が生じた場合、破損の可能性も高くなるため、この部分との接触は避ける必要がある。従って、吐出管は中央の回転部を避けて外側に配置される。また同様に、吐出管１５６が振動した場合にも密閉容器１０１と衝突が生じないよう、吐出管１５６と密閉容器１０１の間も十分な間隔をとっている。

この結果、吐出管１５６が配置される外側の部分では、吐出管１５６と接触を防止するため、密閉容器１０１を高くする必要がある。一方、中央のクランクシャフト１２１の上方は、吐出管１５６が配置されないので、クランクシャフト１２１上端と密閉容器１０１の間にそれほど大きな間隔は必要ない。従って、密閉容器１０１の天面のほぼ中央に凹部１５８を設けた。

凹部１５８は、図１に示すように、縦断面に対して凹んだ形状であり、図２に示すように、縦断面と直角な断面に対しては上に凸の形状となっており、馬の背のような形状となっている。

凹部１５８の密閉容器１０１外表面には、制振部材１６５が取り付けられている。制振部材１６５は、柔軟性を有するブチルゴムなどの材料で形成され、密閉容器１０１の凹部１５８の曲面に密着している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

インバータ駆動回路より電動要素１１０に通電されると、固定子１１１に発生する磁界により回転子１１２はクランクシャフト１２１とともに回転する。主軸１２２の回転に伴い、偏心軸１２３は偏心回転し、この偏心運動は連結手段１３４を介して往復運動に変換され、ピストン１２８をシリンダ１３０内で往復運動させることで密閉容器１０１内の冷媒ガスを圧縮室１３２内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

この圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０１内の冷媒ガスはサクションマフラー１４８を介して圧縮室１３２内に吸入され、圧縮された後、吐出管１５６、吐出パイプ１０８を経由して密閉容器１０１外の既知の冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。

圧縮動作に伴って発生した振動や圧力の変動は密閉容器１０１に伝播し、密閉型圧縮機外に騒音として放射される。一般に、密閉容器１０１の振動モードと周波数が一致する帯域では騒音が大きくなりやすい。

図４は、密閉容器１０１の伝達関数を示す特性図である。

図４において、横軸は周波数、縦軸には振動の大きさ（イナータンス）で、凹部付きと凹部なしの密閉容器１０１の伝達関数を示しており、上向きのピークの位置が振動モードの存在する共振周波数である。

図４に示すように、凹部なしのものでは３．８ｋＨｚ付近にある共振周波数が、凹部付きのものでは２．４ｋＨｚ程度まで極端に低下している。これは、凹部を設けることで、剛性が大幅に低下した結果である。

図５は、本発明の騒音を示す特性図である。

図５において、横軸は対数表記の周波数、縦軸は騒音レベルを示している。また、それぞれのデータは、破線は従来の密閉型圧縮機、点線は凹部付きの密閉型圧縮機、実線は凹部を設けた上に、凹部に制振部材を設けた本発明の密閉型圧縮機の騒音特性である。

図５に示すように、従来の騒音特性は３ｋＨｚから５ｋＨｚが全般に高い特性であるが、凹部をつけた結果、２．５ｋＨｚ域の騒音が極端に高い特性になる。さらに、制振部材をつけることで、２．５ｋＨｚのレベルが低下するだけではなく、２ｋＨｚ以上のほとんどの周波数帯域でレベルの低下が確認できる。

これは、密閉容器１０１に極端に剛性の低い面を設けることで、数多く存在する振動モードのほとんどが、この低剛性の面の振動を伴うものとなっているため、この低剛性の面で振動モードを減衰させることで、多くの振動モードに対して減衰効果を得ることができるためであると考えられる。

また、制振部材１６５を外表面に取り付けることで、内表面に取り付ける場合に比べ、組み立てが容易になると共に、凹部１５８に取り付けることで剛性の低い位置に確実に取り付けることができる。また、凹部を密閉容器１０１の天面のほぼ中央に設けることで、密閉容器１０１の外形を小さく、特に高さを低くしながら、剛性の低い面を形成できる。

さらに、凹部１５８に制振部材１６５を配置することで、制振部材１６５を取り付けても、ほとんど凹部１５８に収まってしまうため、外形寸法が大きくならない。従って、全高が低くコンパクトな密閉型圧縮機を実現できる。

なお、側面や底面に凹部を設けても剛性の低い面を形成することは可能であり、制振部材を設けることで振動モードの発生を抑制することも可能ではある。

また、制振部材１６５はブチルゴムで形成されており、柔軟性を有しているので、複雑な形状をした凹部１５８表面の曲面にも確実に密着して、減衰効果を得ることができるため、効果的に騒音を低減することができる。

また、インバータ駆動によって運転周波数が変化するため、加振源の周波数が運転周波数に伴って変化するが、凹部１５８に設けた制振部材１６５により多くの振動モードが減衰されるので、加振源の周波数が変化しても、密閉容器１０１の振動モードに起因する騒音を低減することができる。

また、分布捲きの電動要素に比べ、突極集中巻き方式の電動要素１１０では、固定子１１１の磁極歯の先端部分など固定子鉄心１１３の剛性が低くなりやすく、インバータのキャリア周波数の影響などで、特に１ｋＨｚ以上の帯域の騒音が発生しやすいが、制振部材１６５により密閉容器１０１の振動モードが減衰されるので、密閉容器１０１から放射される騒音を低減することができる。

また、強力な希土類磁石１１７を用いることで、固定子１１１、回転子１１２間の空隙の磁気抵抗の変化に起因するトルク脈動であるコギングが大きくなることで、固定子１１１やクランクシャフト１２１などの振動が発生し、さらに密閉容器１０１に振動が伝播することで、騒音の発生原因となりやすいが、制振部材１６５により密閉容器１０１の振動モードが減衰されるので、密閉容器１０１から放射される騒音を低減することができる。

なお、本実施の形態では制振部材１６５としてブチルゴムを用いたが、これ以外の粘弾性を有するゲルなどの材料を用いてもよく、さらには粘弾性材料に金属などの板を加えた構造であっても良い。さらには、制振部材１６５は従来のような金属製の制振板を用いても良く、また取り付け位置も密閉容器の内側であってもよい。

また、本実施の形態では、コネクティングロッドを用いた往復式の密閉型圧縮機としたが、スコッチヨーク式の圧縮機構であっても同様の効果を得ることができる。さらに、クランクシャフトを挟んで２つのシリンダを対向させた２気筒の密閉型圧縮機でも、同様に密閉容器天面に凹部を設けることが、レイアウト上有利であり、小型化と低騒音を達成することができる。

さらに、ロータリーやスクロールなどの回転式圧縮機においても、密閉容器の一部分に凹部を設け、そこに制振部材を配置することで、騒音を低減することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、圧縮機の騒音を大幅に低減できるので、家庭用電気冷凍冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置等に広く適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 図１の密閉容器のＡ−Ａ線断面図 図１の密閉容器のＢ−Ｂ線断面図 本発明の密閉容器の伝達関数を示す特性図 本発明の騒音を示す特性図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の水平断面図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１１０ 電動要素
１１１ 固定子
１１２ 回転子
１１７ 希土類磁石
１２０ 圧縮要素
１２４ ブロック
１３０ シリンダ
１５６ 吐出管
１５８ 凹部
１６５ 制振部材

Claims (7)

1. 電動要素と前記電動要素によって駆動する圧縮要素と、前記電動要素と前記圧縮要素とを収容する密閉容器とを備え、前記密閉容器は少なくとも一つの断面において凹形状をなす凹部を形成するとともに、前記凹部に制振部材を固着した密閉型圧縮機。
2. 制振部材は密閉容器外表面に取り付けられた請求項１記載に密閉型圧縮機。
3. 制振部材は粘弾性材料から形成された請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. シリンダを形成するブロックと、前記シリンダと密閉容器外を連通する吐出管とを備えた圧縮要素を電動要素の上方に配置するとともに、凹部を前記密閉容器の上部に形成した請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
5. 電動要素はインバータによって複数の運転周波数で駆動される請求項１から４のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
6. 電動要素はこれを構成する固定子の磁極歯に巻線が絶縁材を介して直接巻回された突極集中捲き方式のＤＣブラシレスモータである請求項５に記載の密閉型圧縮機。
7. 電動要素を構成する回転子に希土類磁石を内蔵した請求項６に記載の密閉型圧縮機。

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