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KR101810903B1 - 회전형 압축 기구 - Google Patents

회전형 압축 기구 Download PDF

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KR101810903B1
KR101810903B1 KR1020157030896A KR20157030896A KR101810903B1 KR 101810903 B1 KR101810903 B1 KR 101810903B1 KR 1020157030896 A KR1020157030896 A KR 1020157030896A KR 20157030896 A KR20157030896 A KR 20157030896A KR 101810903 B1 KR101810903 B1 KR 101810903B1
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마사미 사누키
마사시 히가시야마
히로시 오가와
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가부시키가이샤 덴소
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Abstract

회전형 압축 기구는 케이싱(1)에 장착된 샤프트(12)와, 샤프트(12)에 회전 가능하게 축지지된 구동 실린더(8)와, 구동 실린더(8) 내에 설치된 로터(11)와, 구동 실린더(8)와 로터(11)가 등속 회전 운동하도록 연결하는 전동 기구(30)와, 구동 실린더(8)의 내주와 상기 로터(11)의 외주에서 형성되는 공간을 구획하는 구획 플레이트(14, 14a, 140)를 구비한다. 로터(11)는 로터(11)의 외주가 구동 실린더(8)의 내주에 접촉부(C)에서 접하도록 구동 실린더(8)의 제 1 회전 중심(O1)에 대하여 편심한 제 2 회전 중심(O2)을 가진다. 구획 플레이트(14)는 구동 실린더(8)의 내주 근처 또는 로터(11)의 외주 근처에 구획 플레이트(14)의 한쪽의 단부가 출입 가능한 구조를 가진다.

Description

회전형 압축 기구{ROTARY COMPRESSION MECHANISM}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 6월 6일에 출원된 일본 출원 번호 2013―119924호에 기초하는 것으로서, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.
본 개시는 회전형 압축 기구에 관한 것이다.
저비용, 차량 등으로의 탑재성의 면에서, 압축기의 소형화가 필요하게 되어 있다. 소형화의 수단으로서 구동용의 모터 내부에 압축부를 배치하는 것은 소형화의 유용한 수단이다. 이와 같은 모터 내부에 압축부를 배치한 것이 특허 문헌 1에 개시되어 있다. 특허 문헌 1에서는 전동 모터의 회전자에 일체화한 실린더에 대하여, 편심 위치에 설치한 정지형 피스톤과의 사이를, 베인부(vane portion)(구획판)로 압축실을 형성한 것이 개시되어 있다. 회전자와 일체의 실린더는 정지 상태에 있는 피스톤에 대하여, 통상의 롤링 피스톤(rolling piston)과는 반대로 회전하도록 구성되고, 기본적으로는 통상의 롤링 피스톤이라 할 수 있는 것이기 때문에 베인 노즈(vane nose)가 있고, 슬라이딩 손실(sliding loss)이 발생한다. 스프링과 베인이 회전하는 실린더부(cylinder portion)에 배치되어 있기 때문에 고회전 시에 원심력이 작용하여 스프링력보다 커지면 베인 노즈와 로터의 사이에 간극(베인의 이탈)이 발생하여 압축 작동을 하지 않기 때문에 성능이 저하하여 고회전에 부적합했다.
한편, 특허 문헌 2에는 양 회전형의 스크롤 압축기가 개시되어 있다. 이 양 회전형의 스크롤 압축기는 베인을 설치하지 않고 작동실을 형성할 수 있다. 그러나 특허 문헌 2에서는 스크롤의 정밀 가공에 비용이 드는 것과 함께, 일반적인 스크롤 압축기의 고정 스크롤판을 회전시키기 때문에, 2개의 스크롤판을 외팔보 지지로 하지 않을 수 없다. 스크롤판에는 언밸런스가 있고, 외팔보로 회전시키면 진동 등이 발생한다. 스크롤 압축기의 경우, 토출구는 중심부에 설치하지 않을 수 없고, 중심부는 축부로 되어 있으므로, 회전하고 있는 축부를 토출 고압 냉매가 통과하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 축부의 주위는 저압의 흡입 압력이므로, 회전축부의 밀봉이 어렵다.
특허 문헌 1: 일본국 특공평01―54560호 공보 특허 문헌 2: 일본국 특개2002―310073호 공보
본 개시는 효율 및 신뢰성이 높고 소형화를 도모할 수 있으며, 소음이 매우 적은 회전형 압축 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태에 따르면, 회전형 압축 기구는 케이싱에 장착된 샤프트와, 해당 샤프트에 회전 가능하게 축지지되어, 원통형의 내면 또는 이형(異型)의 내면을 가진 구동 실린더와, 해당 구동 실린더 내에 설치된 로터로서, 해당 로터의 외주가 상기 구동 실린더의 내주에 접촉부에서 접하도록 상기 구동 실린더의 제 1 회전 중심에 대하여 편심한 제 2 회전 중심을 가진 로터와, 상기 구동 실린더와 상기 로터가 등속 회전 운동하도록 연결하는 전동 기구와, 상기 구동 실린더의 내주와 상기 로터의 외주에서 형성되는 공간을 구획하는 구획 플레이트를 구비한다. 상기 구획 플레이트는 상기 구동 실린더의 내주 근처 또는 상기 로터의 외주 근처에 상기 구획 플레이트의 한쪽의 단부가 출입 가능한 구조를 가진다.
도 1은 제 1 실시 형태에 관련된 압축기를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 제 1 실시 형태에 관련된 압축기를 나타낸 단면도이다.
도 3a는 제 1 실시 형태에 관련된 압축기의 작동을 나타낸 설명도이다.
도 3b는 제 1 실시 형태에 관련된 압축기의 작동을 나타낸 설명도이다.
도 4는 제 1 실시 형태에 관련된 구획 플레이트의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 5는 제 2 실시 형태에 관련된 압축기를 나타낸 개략 단면도이다.
도 6은 도 5의 Ⅵ―Ⅵ선에 관한 단면도이다.
도 7은 도 5의 Ⅶ―Ⅶ선에 관한 단면도이다.
도 8은 제 2 실시 형태에 관련된 압축기의 작동을 나타낸 설명도이다.
도 9는 제 3 실시 형태에 관련된 압축기를 나타낸 단면도이다.
도 10은 제 4 실시 형태에 관련된 압축기를 나타낸 단면도이다.
도 11은 제 5 실시 형태에 관련된 압축기를 나타낸 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 실시 형태를 설명한다. 각 실시 양태에 대하여, 동일 구성의 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 이하의 실시 형태의 설명에 있어서는, 차량용 에어컨의 냉매 압축을 예시로서 설명하는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 본 개시는 널리 가정용이나 산업용의 압축기에 적용할 수 있다.
(제 1 실시 형태)
도 1은 제 1 실시 형태를 나타낸 횡단면도이다(회전축 방향을 가로로 한다). 도 1에 나타낸 바와 같이, 케이싱(1)의 내면에는 전동 모터의 고정자(2)가 끼워 넣어져 고정되어 있다. 케이싱(1)은 체결 볼트 등으로 덮개(4)가 부착되어 있다. 케이싱(1)의 덮개(4)와 반대측에는 인버터(5)가 설치되어 있다. 전동 모터의 회전자(3)는 구동 실린더(8)의 외주에 매립 고정되어 있기 때문에 구동 실린더(8)는 샤프트(12)의 양단부측에서 제 1 회전 중심(O1) 주위로 전동 모터의 회전자(3)에 의하여 회전시켜지게 되어 있다. 또한, 전동 모터로서는, 케이싱 내에 끼워 넣어진 고정자(2)와, 구동 실린더(8)의 외주에 매립 고정된 회전자(3)에 한정되는 것은 아니고, 구동 실린더(8)를 샤프트 축방향으로 병설하여 연결 구동한 전동 모터에 의하여 회전 구동해도 좋고, 또, 전동 모터를 사용하지 않고, 구동 실린더(8)의 회전을 벨트 전동에 의하는 것도 가능하다.
본 실시 형태에 있어서는, 구동 실린더(8)는 원통 실린더부(83)와 일체로 된 좌측 사이드 플레이트(81)와 우측 사이드 플레이트(82)로 구성되어, 좌측 사이드 플레이트(81)와 우측 사이드 플레이트(82)에서 회전자(3)를 구성하는 적층 강판을 샌드위치 형상으로 끼워 넣어서 매립하고, 체결 볼트(도시하지 않음) 등으로 고정하고 있다. 샤프트(12)의 좌우 단부는 케이싱(1)이나 덮개(4)에 삽입 또는 압입되어 있으며, 샤프트(12)는 회전하지 않게 되어 있다. 정지한 샤프트(12)에 대하여, 모터의 회전자(3)와 구동 실린더(8)는 일체화되어 베어링(42)을 통해서 제 1 회전 중심(O1) 주위로 회전할 수 있게 되어 있다.
이 실시 형태에서, 샤프트(12)에 있어서 샤프트 양단측의 축심은 구동 실린더(8)의 제 1 회전 중심(O1)이고, 샤프트 중앙부의 축심은 로터(11)의 제 2 회전 중심(O2)과 일치되어 있다. 구동 실린더(8)의 제 1 회전 중심(O1)에 대하여 로터(11)의 제 2 회전 중심(O2)은 편심되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 구동 실린더(8)는 제 1 회전 중심(O1)에 관하여 회전하고, 로터(11)는 제 2 회전 중심(O2)에 관하여 회전한다. 케이싱(1)에 고정하는 샤프트 양단부의 축심을 샤프트 중앙부의 제 2 회전 중심(O2)에 일치시켜서, 좌측 사이드 플레이트(81)와 우측 사이드 플레이트(82)를 샤프트(12)의 양측으로부터 편심축부(제 1 회전 중심(O1))에서 축지지시키도록 해도 좋다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 로터(11)는 구동 실린더(8)의 원통 실린더부(83) 내주면과 로터(11) 외주가 구획점(접촉부라고도 한다)(C)에서 접하도록 구동 실린더(8)의 제 1 회전 중심(O1)에 대하여 편심한, 샤프트 중앙부의 제 2 회전 중심(O2) 주위로 베어링(43)을 통하여 회전한다. 여기에서, 샤프트(12) 자체는 회전하지 않기 때문에 구동 실린더(8)의 제1 회전 중심(O1) 및 샤프트 중앙부의 제 2 회전 중심(O2)은 모두 부동점이다. 좌측 사이드 플레이트(81)와 우측 사이드 플레이트(82)에는 각각 핀(31)이 매립되고, 로터(11)의 양측면의 내주 홈(32) 내에 돌출되어 있다. 핀(31)과 내주 홈(32)은 구동 실린더(8)와 로터(11)가 등속 회전하도록 연결하는 전동 기구(30)를 구성한다. 내주 홈 내에는 링(32a)이 삽입되어 있다. 이들의 복수 세트의 핀(31)과 링(32a)(전동 기구(30))은 통상 자전 방지 핀ㆍ링크 기구라 불리고, 올덤 커플링(Oldham's coupling)과 마찬가지로, 구동 실린더(8)의 회전을 등속 회전으로 로터(11)에 전동(傳動)한다. 내주 홈(32)에는 소착(seizing) 방지나 상대 속도 저감을 위해, 내마모성과 저마찰 특성이 우수한 슬라이딩 재료(sliding material)로 이루어진 링(32a)을 삽입하면 좋다. 복수 세트의 핀(31)과 링(32a) 대신에, 로터(11)와 구동 실린더(8) 상호 간에 올덤 커플링으로 연결해도 좋다(일본국 특개평7―229480호 공보를 원용함).
복수 세트의 핀(31)과 링(32a)은 적어도 2세트 이상 필요하고, 120° 등간격으로 3세트 설치하거나, 90°마다 4세트 설치하는 것이 불균형 중량을 발생시키지 않기 때문에 바람직하다. 물론, 부등간격이어도 복수 세트가 존재하면 실시할 수 있다. 본 실시 형태에서 내주 홈 내에는 링(32a)이 삽입되어 있지만, 링이 삽입되어 있지 않은 경우이어도 실시할 수 있다.
구동 실린더(8)와 로터(11)의 사이에 구획 플레이트(14)가 설치되어 있다. 도 2의 실시 형태에서는 단면이 덤벨형(dumbbell shape)으로 되어 있고, 구획 플레이트(14)의 일단은 구동 실린더(8)의 원통 실린더부(83)에 요동 가능하게 부착되어 있으며, 구획 플레이트(14)의 타단은 로터(11)와 슬라이딩 가능하게(slidably), 또한 요동 가능하게(swingably) 슬라이딩 홈(24) 내에 부착되어 있다. 구동 실린더(8)의 회전 전동은 전동 기구(30)에 의하여 실시되기 때문에 구획 플레이트(14)에 의하여 로터(11)가 당겨져 회전하는 것은 아니다. 구획 플레이트(14)는 구획점(C)과 함께 작동실을 구획하기 위한 기능만을 가지고 있다.
도 2를 참조하여 구동 실린더(8)(전동 모터의 회전자(3))의 제 1 회전 중심(O1)에 대하여, 로터(11)의 회전하는 중심(샤프트(12)의 중앙부의 제 2 회전 중심(O2))은 편심하여 각각 등속 회전한다. 이들 제 1 회전 중심(O1)과 제 2 회전 중심(O2)은 부동점이다. 따라서, 본 실시 형태에서는 구획점(C)도, 구동 실린더(8)와 로터(11)가 회전해도 부동점으로 되어 있다. 이 모습은 도 3a를 이용하여 후술한다.
다음으로, 구획 플레이트(14)에 대해 설명한다. 구획 플레이트(14)는 롤링 피스톤에 있어서의 베인에 상당하는 부재이다. 즉, 본 실시 형태에서는 구획 플레이트(14)는 압축실(압축측의 작동실)(9)과 흡입실(10)을 구획하는 부재이다. 연결 부재로서의 기능을 완수하기 위해, 구획 플레이트(14)의 일단부(헤드(head)부)는 원통면으로 되어 있으며, 헤드부의 중심축에 대하여 구획 플레이트(14)는 요동할 수 있게 되어 있다. 로터(11) 및 구동 실린더(8)는 등속 회전을 실시하고, 구획 플레이트(14)의 타단부(기저(foot)부)가 슬라이딩 홈(24) 내를 약간의 요동을 하면서 직선상으로 슬라이딩한다. 기저부도 헤드부와 마찬가지로 원통면으로 되어 있으며, 덤벨형의 단면 형상으로 되어 있다.
구획 플레이트(14)의 단면 형상은 덤벨형에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 변형예가 고려된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 느낌표(exclamation mark)와 같은 단면 형상으로 해도 좋다. 이 경우에는, 압축하는 작동실의 데드 볼륨(dead volume)이 감소되기 때문에 압축 효율에 있어서 효과가 있다.
그 외, 본 실시 형태에 있어서도, 후술하는 도 9에 보이는 바와 같이, 구획 플레이트(14a)의 헤드부는 원통면으로 하고, 타단부는 헤드부가 없는 평판의 구획 플레이트(14a)로 하면 좋다. 로터(11)의 일측에 원통면을 가진 2개의 슈(shoes)(133)가 구획 플레이트(14a)의 타단부의 평판을 끼우도록 설치하고, 구획 플레이트(14a)의 타단부가 로터(11)와 슬라이딩할 수 있고, 또한 요동 가능하게 부착되도록 한다. 이 경우에는, 슬라이딩 홈(24) 내의 데드 볼륨을 완전히 없앨 수 있기 때문에 압축 효율에 있어서 매우 효과가 있다. 또, 구획 플레이트(14, 14a)는 덤벨형, 느낌표형, 2개의 슈(133)가 끼워지는 구획 플레이트(14a) 타입 등, 어느 쪽의 경우이어도 1개에 한정되지 않고, 도 9와 같이 여러 개 설치해도 좋다. 여러 장 설치하는 경우에는, 흡입 통로를 본 실시 형태와 같이 샤프트(12)의 내부로부터 실시하는 경우와, 후술하는 제 2 실시 형태와 같이 케이싱에 설치한 흡입 개구(18a)로부터 실시하도록 해도 좋다.
샤프트(12)의 내부 중앙에는 흡입 통로(17)가 관통되어 있으며, 케이싱에 고정되어 있기 때문에 특허 문헌 2와는 달리, 회전하지 않고 밀봉이 용이하다. 흡입 통로(17)로부터 로터 통로(20)와 연통하기 위해, 도 2에 보이는 바와 같이, 일례로서 방사 방향 4군데에 샤프트 개구(18)가 설치되어 있다. 압축해야 할 냉매 가스 등의 압축 매체는 도 1, 2에 나타낸 바와 같이 흡입구(16)로부터 도입되고, 흡입 통로(17)를 거쳐서 샤프트 개구(18), 로터 통로(20)로부터 흡입측의 작동실(흡입실)(10)에 도입된다. 샤프트 개구(18)와 로터 통로(20)는 항상 전체 각도로 연통하고 있다. 샤프트 개구(18)의 출구에는 샤프트(12)의 일부의 원주 방향에 전체 둘레에 걸쳐서 홈(19)이 형성되어 있다.
구동 실린더(8)의 좌측 사이드 플레이트(81)와 우측 사이드 플레이트(82)에는 각각 압축실 토출구(21)가 설치되어 있으며, 외측에는 토출 밸브부(22)가 설치되어 있다. 압축실 토출구(21)와 토출 밸브부(22)는 구동 실린더(8)의 회전과 함께 회전하면서 압축 가스를 케이싱 내부의 공간으로 토출한다. 그 후, 케이싱 토출구(23)로부터 외부로 토출한다. 또한, 토출 밸브부(22)는 구동 실린더(8)의 외주부에 설치해도 좋다.
압축 기구부는 케이싱(1)에 고정된 샤프트(12)와, 구동 실린더(8)와, 로터(11)와, 구동 실린더(8)와 로터(11)의 사이를 연결하는 구획 플레이트(14)로 구성된다. 구동 실린더(8)의 제 1 회전 중심(O1)에 대하여, 로터(11)의 제 2 회전 중심(O2)은 편심되어 있다. 로터(11)와 구동 실린더(8) 간의 공간이 작동실로 되어 있다. 이 작동실은 구획 플레이트(14)에 의해 2분되고, 압축실(9)과 흡입실(10)을 형성한다. 구동 실린더(8)를 회전 구동하는 전동 모터(2, 3)에 의해 구동 실린더(8)를 회전시켜서 구동 실린더(8)와 로터(11) 간에 형성된 작동실 중, 구획 플레이트(14)의 회전 방향 전방의 압축실(9)에서 흡입 가스를 압축한다. 구동 실린더(8)와 로터(11) 간에 형성된 작동실은 구획 플레이트(14)와, 구동 실린더(8)와 로터(11)의 접점인 구획점(C)으로 구획되어 있다. 구획 플레이트(14)의 회전 방향 전방에는 압축실(9)이 형성되고, 후방에는 흡입실(10)이 형성된다.
도 3a는 제 1 회전 중심(O1), 제 2 회전 중심(O2)이 부동인 제 1 실시 형태에 관련되는 압축기의 작동을 나타낸 설명도이다. 도 3b는 구동 실린더(8)를 정지 좌표로 하여 상대적으로 로터(11)의 동작을 표시한 경우의 제 1 실시 형태에 관련되는 압축기의 작동을 나타낸 설명도이다.
도 3a를 참조하여, 구동 실린더(8)의 회전각(θ)(구획 플레이트(14)의 헤드부의 위치) 30°마다 압축 공정과 흡인 공정에 대해 설명한다. 도 3a는 구동 실린더(8)와 로터(11)가 등속 회전하고 있는 실제의 압축 기구의 각 각도 위치를 나타낸다. 제 1 회전 중심(O1), 제 2 회전 중심(O2), 구획점(C)은 부동이다. 구동 실린더(8)가 회전하면, 핀(31)과 링(32a)에 의하여 로터(11)가 회전하는데, 항상 구획점(C)으로 작동실이 구획되어 있다.
한편, 도 3b는 롤링 피스톤 기구의 쉬운 이해를 위해, 회전하는 구동 실린더(8)를 정지 좌표계 상에 설정하여 로터(11)의 움직임을 나타낸 도면이다. 도 3a에서는 구동 실린더(8)와 로터(11) 양쪽이 회전되어 작동실의 상태를 알기 어렵지만, 도 3b에서는 통상의 롤링 피스톤과 마찬가지로, 로터(11)가 구동 실린더(8)의 원통 실린더부(83)의 내주면을 롤링하고 있는 것을 이해할 수 있다.
도 3a의 (1) θ＝0°에서 (12) θ＝330°를 거쳐서 다시 (1) θ＝0°에 이르는 차례로 설명한다. 번잡을 피하여 피압축 유체가 작동실에 흡입되는 로터 통로(20)와, 압축실 토출구(21)는 도 3a에 있어서 도시하고 있지 않다. 구획 플레이트(14)의 회전 방향 전방측에 압축실 토출구(21)가 있고, 그 후방에 로터 통로(20)가 설치되어 있다.
압축 공정과 흡입 공정은 360°의 1회전 동안에 구획 플레이트(14)의 회전 방향 전방과 후방의 작동실에서 동시에 진행한다. 우선, 압축 공정부터 서술한다.
(1) θ＝0°에서는 흡입이 완료된 상태이다. 구획 플레이트(14)와 구획점(C)이 일치하기 때문에 흡입실(10)과 압축실(9)이 합체한다. θ＝0°로부터 구동 실린더(8)의 회전각(θ)이 증대함에 따라, (2)∼(12)에 보이는 바와 같이, 구획 플레이트(14)의 회전 방향 전방측과 구획점(C)의 사이가 폐쇄되어 압축실(9)에서의 압축이 진행된다.
(2)∼(12)에 보이는 바와 같이, 구획 플레이트(14)의 회전 방향 후방측의 작동실에서는 흡입 공정이 진행된다. (1) θ＝0°에서 압축실(9)은 소멸되고, 이번에는 흡입실(10)이 구획 플레이트(14)의 회전 방향 후방과 구획점(C)의 사이에 형성되어, (2)→(12)→(1)에 이르기까지 흡입이 진행되고, 압축 공정과 흡인 공정이 반복되어 간다. 이상, 2회 따로 따로 설명했지만, 실제의 압축 공정과 흡인 공정은 360°의 1회전으로 동시에 실시된다.
이상 설명한 바와 같이, 로터(11)와 구동 실린더(8)는 동시에 등속 회전시킬 수 있고, 양자는 완전히 동기한다. 구동 실린더(8)가 일정 회전으로 운동한 경우, 로터(11)에 회전 변동이 발생하지는 않고, 이 때문에, 압축기의 소음을 현저히 개선할 수 있다. 특허 문헌 2에서는 스크롤 랩 톱니(scroll lap teeth)는 인벌루트(involute) 곡선으로 전개하기 때문에 종동 스크롤과 구동 스크롤의 각각의 회전 중심에 중심(重心) 위치가 오도록 조정하지 않으면 안되어, 아무리 해도 불균형 중량이 발생하기 쉽다.
이에 대하여, 본 실시 형태에서는 구동 실린더(8)와 로터(11)는 단순한 원통체이고, 또한 각각이 부동점인 제 1 회전 중심, 제 2 회전 중심의 주위로 회전한다. 이 때문에, 핀(31)과 링(32a)의 각 세트만 등간격으로 설치하면, 불균형 중량이 발생하는 경우는 없고, 발생했다고 해도 미소한 정도로 억제할 수 있기 때문에 특허 문헌 2에 비해 진동, 소음의 관점에서 보아 각별한 효과를 가지는 것이다.
또, 본 실시 형태에서는 고정된 샤프트(12)를 냉매 통로(흡입 통로(17))에 이용하기 때문에 종래의 압축기에 보이는 고저압을 구획하는 벽을 설치할 필요가 없다. 특허 문헌 2에서는 회전하고 있는 샤프트를 토출 냉매(고압)가 통과하는 구성으로 되어 있으며, 샤프트의 주위는 흡입 압력(저압)이기 때문에 회전 샤프트의 밀봉이 어렵다는 과제가 있었지만, 본 실시 형태에서는 샤프트(12)는 고정되어 회전하지 않기 때문에 밀봉 기구를 간단하게 할 수 있다. 이에 따라, 냉매 누출을 억제할 수 있어서 압축기 효율의 향상을 도모할 수 있다. 본 실시 형태에서는 베인 노즈 슬라이딩부(vane nose sliding portion)를 가지지 않기 때문에 베인 노즈 슬라이딩부의 이탈이나 소착이 없고, 저회전에서 고회전까지 성능과 신뢰성을 양립 확보할 수 있다. 또한, 구동 실린더(8)의 회전에 의해 압축 작동을 실시하기 위해 구동 실린더(8)를 전동 모터의 회전자(3)의 축길이의 범위 내에 배치하고 있기 때문에 전동 모터 회전자에 내장한 소형의 압축기를 제공할 수 있다.
(제 2 실시 형태)
제 2 실시 형태에서는 도 6에 나타낸 바와 같이, 구획 플레이트(140)는 평판으로 구성되고, 일단이 구동 실린더(8)의 내주면에 접촉하도록 로터(11)에 4개가 슬라이딩 가능하게 부착되어 있다. 이하, 도 5, 6을 참조하여 본 실시 형태를 설명하는데, 제 1 실시 형태와 같은 점은 설명을 생략한다. 도 5, 6은 구획점(C)에 주목하면, 도 2에 비교하여 90° 시계 방향으로 회전하여 표시한 도면이다.
압축 기구부는 케이싱(1)에 고정된 샤프트(12)와, 구동 실린더(8)와, 로터(11)와, 로터(11)와의 사이를 연결하는 구획 플레이트(140)로 구성된다. 구동 실린더(8)의 제 1 회전 중심(O1)에 대하여, 로터(11)의 제 2 회전 중심(O2)은 편심되어 있다. 구동 실린더(8)의 회전 전동은, 전동 기구(30)에 의하여 실시되는 기본 구성은 제 1 실시 형태와 완전히 같다. 구동 실린더(8)의 회전은 샤프트(12)의 양단부측의 지지부(12a, 12a)에서 베어링(42)을 통하여 제 1 회전 중심(O1) 주위로 회전할 수 있게 되어 있다(도 6 참조). 로터(11)는 샤프트(12)에 베어링(43)을 통하여 제 2 회전 중심(O2) 주위로 회전할 수 있게 되어 있다(도 6 참조). 그 외는 제 1 실시 형태와 같다.
본 개시의 제 2 실시 형태에서 구획 플레이트(140)는 로터(11)에 4개가 슬라이딩 가능하게 부착되어 있는 경우로 설명하는데, 구획 플레이트(140)는 1개 또는 여러 개이어도 좋다. 구획 플레이트(140)가 1개인 경우에는, 제 1 실시 형태와 같이 샤프트(12)로부터 흡입하면 좋다. 본 실시 형태에서는 구획 플레이트(140)는 일단이 구동 실린더(8)의 내주면에 접촉하도록 하고 있지만, 이것과는 반대로, 구획 플레이트(140)가, 일단이 로터(11)의 외주면에 접촉하도록 구동 실린더(8)측으로 슬라이딩 가능하게 설치해도 좋고, 본 실시 형태에는 여러 가지 변형예를 포함하는 것이다. 본 실시 형태에서는 제 1 실시 형태의 도 3b와 마찬가지로, 구동 실린더(8)와 로터(11)가 동시에 회전하는 중에 구획 플레이트(140)와 구동 실린더(8)의 내주면의 상호간에는 극히 약간의 슬라이딩이 발생할 뿐이기 때문에 베인 노즈 슬라이딩부의 이탈이나 소착이 없고, 저회전에서 고회전까지 성능과 신뢰성을 양립 확보할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 샤프트(12)가 케이싱(1)과 일체로 설치된 내부 구획판(6)과 덮개(4)에 고정되어 있으며, 내부 구획판(6)에 볼트로 고정되어도 좋다. 도 5에 있어서 내부 구획판(6)의 좌측은 흡입 볼륨(51)이 설치되어 있다. 흡입구(16)로부터의 압축해야 할 냉매 가스 등의 압축 매체는 흡입구(16)로부터 도입되고, 흡입 볼륨(51)을 거쳐서 연통구(52)로부터 샤프트(12)의 내부 구획판(6)측에 설치된 내부 흡입 볼륨(53)에 도입된다. 도 5에 있어서, 흡입 볼륨(51)은 내벽(51a)에서 내부가 구획되어 있지만, 소용돌이 형상으로 모두 연통하고 있다.
그 후, 압축 매체는 도 7의 초승달 형상의 흡입 개구(18a)로부터 압축 기구의 흡입실(10)로 도입된다. 흡입 개구(18a)의 형상은 일부 결여된 초승달 형상에 한정되는 것은 아니지만, 작동실의 형상을 따라서 구획점(C)을 기준으로 회전 방향으로 135° 정도 전후의 개구 형상을 설치하는 것이 바람직하다. 기통수에 따라서 최적 각도는 달라서, 본 실시 형태와 같은 4기통의 경우에는 상기와 같지만, 2기통의 경우에는 90°, 3기통의 경우에는 120°로 되고, 식으로 나타내면, 180°－(180／기통수)로 되는 각도가 최적의 값으로 되는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 구동 실린더(8)의 우측 사이드 플레이트(82)에는 압축실 토출구(21)가 4군데 설치되어 있으며, 외측에는 토출 밸브부(22)(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 압축실 토출구(21)와 토출 밸브부(22)는 구동 실린더(8)의 회전과 함께 회전하면서 압축 가스를 케이싱 내부의 공간에 토출한다. 그 후, 케이싱 토출구(23)로부터 외부로 토출한다.
우측 사이드 플레이트(82)에는 핀(31)이 매립되고, 로터(11)의 우측면의 내주 홈(32) 내에 돌출되어 있다. 핀(31)과 내주 홈(32)(링(32a)의 내주면이어도 좋음)은 전동 기구(30)를 구성한다. 내주 홈 내에는 링(32a)이 삽입되어 있다. 내주 홈(32)에는 소착 방지나 상대 속도 저감을 위해, 내마모성과 저마찰 특성이 우수한 슬라이딩 재료로 이루어진 링(32a)을 삽입하면 좋다. 본 실시 형태에서는 복수 세트의 핀(31)과 링(32a)은 90°마다 4세트 설치하고 있지만, 적어도 2세트 이상으로 하면 좋다. 전동 기구(30)에는 올덤 커플링을 사용해도 좋다.
샤프트(12)의 중앙의 제 1 회전 중심(O1)을 따른 관통 구멍(54)은 제 1 실시 형태와는 달리, 흡입 통로는 아니고, 윤활유의 유로이다. 케이싱(1)의 내부는 압축된 압축 매체가 고압으로 토출되고 있으며, 케이싱의 하부에는 기름 축적이 발생하고, 이 내부의 고압을 이용하여 필터(59), 연통로(58)를 거쳐서 샤프트(12)의 도 5 상의 좌단면에 형성된 기름 홈(도시하지 않음)을 거쳐서 관통 구멍(54)이나 통로(56, 57)에 분배된다. 관통 구멍(54)을 지난 윤활유는 베어링(42, 43)에 공급되고, 또, 통로(56, 57)를 지난 윤활유는 구획 플레이트(140)의 배압(back pressure)으로서 공급된다. 그 밖의 구성은 제 1 실시 형태와 같다.
다음으로, 도 8을 참조하여 구동 실린더(8)의 회전각(θ)(구획 플레이트(140)의 구동 실린더(8) 내주면과의 접촉 위치) 30°마다 압축 공정과 흡인 공정에 대해 설명한다. 도 8에 있어서는, 도 3a와 마찬가지로, 도 6의 구획점(C)의 위치가 반시계 방향으로 90° 회전하여 최상부에 위치하고 있다. 해칭된 구획 플레이트(140)에 착안하여 설명한다. 도 8에서는 구동 실린더(8)와 로터(11) 양쪽이 회전하고 있는데, 본 실시 형태에 있어서도 제 1 회전 중심(O1), 제 2 회전 중심(O2), 구획점(C)은 부동이다. 구동 실린더(8)가 회전하면, 핀(31), 링(32a)에 의하여 로터(11)가 회전하는데, 항상 구획점(C)으로 작동실이 구획되어 있다.
도 8의 (1)θ＝0°에서 (12)θ＝330°를 거쳐서 다시 (1)θ＝0°에 이르는 차례로 설명한다. 번잡을 피하여 피압축 유체가 작동실에 흡입되는 초승달 형상의 흡입 개구(18a)는 (3)만에 명시하고 있다. 흡입 개구(18a)는 도 5, 7에 나타낸 바와 같이 부동의 샤프트(12)에 설치되어 있으며, 정지 위치에 설치된 것이다. 각 구획 플레이트(140)의 회전 방향 전방측에 압축실 토출구(21)가 4군데 설치되어 있으며, 구동 실린더(8)의 우측 사이드 플레이트(82)에 설치되어 있기 때문에 구동 실린더(8)의 회전에 맞추어서 동시에 회전한다. 본 개시의 제 2 실시 형태에서는 구획 플레이트(140)는 로터(11)에 4개가 슬라이딩 가능하게 부착되어 있는 경우이기 때문에 해칭된 구획 플레이트(140)의 전후의 작동실(이하, “전 작동실”과 “후 작동실”이라 함)에 대하여 예시적으로 설명한다.
(1)θ＝0°에서는 후 작동실에서 압축 공정이 최종 단계이고, 한편, 전 작동실에서는 작동실이 흡입을 개시한 지점이다. (2)의 근처에 있어서는, 후 작동실은 구획점(C)으로 분단되어 전방측이 흡입 개구(18a)에 연통하기 때문에 흡기 공정이 개시되어 있다. (5)의 근처에 있어서는, 전 작동실은 흡입 개구(18a)와의 연통이 차단되어, 압축 공정이 개시되어 있다. 한편, 후 작동실은 해칭된 구획 플레이트(140)가 (8)을 지나친 부근에서 흡입 개구(18a)와의 연통이 차단되어 압축 공정이 개시되어 있다. 이와 같이, 각각의 작동실은 90°의 위상차를 가지고 압축 공정과 흡인 공정이 반복되어 간다. 제 2 실시 형태의 효과에 대해서는, 제 1 실시 형태에 대하여, 작동실이 복수 있기 때문에 1회전당의 배제 용적(displacement volume)이 커져서, 소형화에 있어서 보다 유리하게 된다. 그 외, 샤프트(12)에 의한 흡입이 이루어지지 않는 점 이외, 제 1 실시 형태와 같다.
(제 3 실시 형태)
제 3 실시 형태에서는 압축기는 도 9에 나타나는 구획 플레이트(14a)를 구비한다. 흡입 개구(18a), 압축실 토출구(21) 등, 그 밖의 구성은 기본적으로 제 2 실시 형태와 같은 구성이다. 구획 플레이트(14a)의 헤드부는 원통면으로 하고, 타단부는 평판의 구획 플레이트(14a)로 하고, 로터(11)의 일측에 원통면을 가진 2개의 슈(133)가 구획 플레이트(14a)의 타단부의 평판을 끼우도록 설치하고, 구획 플레이트(14a)의 타단부가 로터(11)와 슬라이딩 가능하게, 또한 요동 가능하게 부착되도록 한다. 본 실시 형태의 구획 플레이트(14a)의 구성은 제 1 실시 형태에 있어서도 적용할 수 있다. 도 9에 나타낸 실시 형태는 2개의 구획 플레이트(14a)의 경우의 실시 형태인데, 1개이어도, 여러 개이어도 좋다. 제 3 실시 형태의 경우에는, 슬라이딩 홈(24) 내의 데드 볼륨을 완전히 없앨 수 있기 때문에 압축 효율에 있어서 매우 효과가 있다. 그 밖의 효과에 대해서는, 제 1, 2 실시 형태와 같다.
(제 4 실시 형태)
제 4 실시 형태에 대해서는 도 10에 나타낸 바와 같이, 구동 실린더(8)의 내면 단면과 로터(11)의 외주 단면을 이형으로 한 경우의 실시 형태이다. 도 10의 제 4 실시 형태에서는, 이 이형은 직선과 원호 등으로 구성된 타원형이다. 이 경우에는 구획점이 평면을 포함하는 접촉부(C)로 구성되어 있다. 그 밖의 구성은 도 9에 나타낸 실시 형태와 동일하다.
(제 5 실시 형태)
제 5 실시 형태에 대해서는 도 11에 나타낸 바와 같이, 구동 실린더(8)의 내면 단면과 로터(11)의 외주 단면을 이형으로 한 경우의 실시 형태이다. 도 11의 제 5 실시 형태에서는, 이 이형은 직선과 원호 등으로 구성된 각이 둥근 삼각형이다. 이 경우에도 구획점이 평면을 포함하는 접촉부(C)로 구성되어 있다. 그 밖의 구성은 도 9에 나타낸 실시 형태와 동일하다.
본 개시는 적합한 실시예에 준거하여 기술되었지만, 본 개시는 해당 실시예나 구조에 한정되는 것은 아니라고 이해된다. 본 개시는 여러 가지 변형예나 균등 범위 내의 변형도 포함한다. 덧붙여서, 적합한 여러 가지 조합이나 형태, 나아가서는 그들에 1요소만, 그 이상, 또는 그 이하를 포함하는 다른 조합이나 형태도 본 개시의 범주나 사상 범위에 들어가는 것이다.

Claims (8)

  1. 케이싱(1)에 장착된 샤프트(12)와,
    상기 샤프트(12)에 회전 가능하게 축지지되어, 원통형의 내면 또는 이형(異型)의 내면을 가진 구동 실린더(8)와,
    상기 구동 실린더(8) 내에 설치된 로터(11)로서, 상기 로터(11)의 외주가 상기 구동 실린더(8)의 내주에 접촉부(C)에서 접하도록 상기 구동 실린더(8)의 제 1 회전 중심(O1)에 대하여 편심한 제 2 회전 중심(O2)을 가진 로터(11)와,
    상기 구동 실린더(8)와 상기 로터(11)가 등속 회전 운동하도록 연결하는 전동 기구(30)와,
    상기 구동 실린더(8)의 내주와 상기 로터(11)의 외주에서 형성되는 공간을 구획하는 구획 플레이트(14, 14a, 140)를 구비하는 회전형 압축 기구로서,
    상기 구획 플레이트는 상기 구동 실린더(8)의 내주 근처 또는 상기 로터(11)의 외주 근처에 상기 구획 플레이트의 한쪽의 단부가 출입 가능한 구조를 가지며,
    상기 전동 기구가 상기 구동 실린더에 부착된 핀(31)과, 상기 로터에 설치된 내주 홈(32)의 복수 세트(31, 32)로 구성되고,
    상기 핀(31)이 상기 내주 홈(32)의 내주를 슬라이딩하여 상기 구동 실린더의 회전에 의해 상기 로터에 토크를 전동(傳動)하는
    회전형 압축 기구.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내주 홈이 링(32a)의 내주면으로 구성된
    회전형 압축 기구.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 샤프트와 상기 로터에 흡입 통로(17, 18, 20)를 설치하여 작동실(10) 내에 흡입을 실시하고, 상기 구동 실린더의 측면부(8a) 또는 외주부에 토출 밸브부(22)를 설치하여 토출을 실시하도록 한
    회전형 압축 기구.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 구획 플레이트의 일단은 구동 실린더에 요동 가능하게 부착되어 있고, 상기 구획 플레이트의 타단은 상기 로터와 슬라이딩 가능하게, 또한 요동 가능하게 부착되어 있는
    회전형 압축 기구.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구획 플레이트의 일단은 구동 실린더에 요동 가능하게 부착되어 있고, 상기 구획 플레이트의 타단은 평판으로 구성되고, 상기 평판이 원통면과 평면으로 구성된 2개의 슈(shoes)(133)로 끼워 넣어져 있는
    회전형 압축 기구.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 구획 플레이트는 평판으로 구성되고, 일단이 구동 실린더의 내주면에 접촉하도록 상기 로터에 슬라이딩 가능하게 부착되어 있거나, 또는 일단이 로터의 외주면에 접촉하도록 상기 구동 실린더에 슬라이딩 가능하게 부착되어 있는
    회전형 압축 기구.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 구동 실린더의 외주에 전동 모터의 회전자(3)가 일체화되어 연결되고, 상기 구동 실린더는 상기 제 1 회전 중심(O1)을 따른 상기 회전자(3)의 축길이의 범위 내, 또는 적어도 일부가 중복된 범위에 설치되어 있는
    회전형 압축 기구.
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