CN103016347A

CN103016347A - 电动压缩机

Info

Publication number: CN103016347A
Application number: CN2012103480251A
Authority: CN
Inventors: 安谷屋拓
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: EP2573399A2; US9482229B2; CN103016347B; EP2573399A3; EP2573399B1; JP2013068106A; US20130071266A1; JP5741346B2

Abstract

本发明提供了一种电动压缩机，其包括：电动马达；压缩机构，所述压缩机构由所述电动马达驱动以压缩制冷剂气体；金属外壳，所述金属外壳容纳所述电动马达和所述压缩机构；吸入通道，所述吸入通道能够与所述外壳的内部连通，其中制冷剂气体流动通过所述吸入通道；排出通道，所述排出通道能够与所述外壳的内部连通，从所述压缩机构排出的制冷剂气体流动通过所述排出通道；以及止回阀，所述止回阀设置在所述吸入通道和所述排出通道中的至少一个中，所述止回阀在所述压缩机运行时被打开并且在所述压缩机停止时被关闭。

Description

电动压缩机

技术领域

本发明涉及一种电动压缩机，该电动压缩机在其外壳中具有电动马达和通过电动马达的旋转对制冷剂气体进行压缩的压缩机构。

背景技术

通常，电动压缩机在其金属外壳中容纳电动马达和通过电动马达的旋转对制冷剂气体进行压缩的压缩机构。这种电动压缩机连接至外部制冷剂回路，并且制冷剂气体在电动压缩机的运行期间在外壳中流动并且通过压缩机构。当电动压缩机停止时，制冷剂气体被冷却和液化，并且已液化的制冷剂（下文中称为“液态制冷剂”）倾向于在电动压缩机的外壳中累积。液态制冷剂含有润滑油。应当指出的是，混合有液态制冷剂的特定种类的润滑油减小液态制冷剂的电阻率。导电部分（比如接线端子）在外壳中可能设置在电动马达中或设置在电动马达的附近，并且暴露于液态制冷剂。当这种导电部分浸没于累积在外壳中的液态制冷剂中时，导电部分与外壳之间的绝缘性会劣化。

日本专利申请公告2009-264279公开了一种电动压缩机，该电动压缩机改善了电动压缩机的导电部分与外壳之间的绝缘性。该电动压缩机具有电动马达，该电动马达具有包含线圈的定子。线圈由三相导电线形成。三相导电线的端部从线圈引出，并捆束在一起而形成线束部分。通过连接导电线的端部，在线束部分的端部处形成接线连接部分，并且接线连接部分作为中性点。线束部分插入穿过绝缘管，通过拉长接线连接部分与外壳之间的最短绝缘距离，在线束部分中形成额外长度部分。通过延长接线连接部分与外壳之间的最短绝缘距离提高了接线连接部分与外壳之间的绝缘电阻。因此，可以阻止导电部分与外壳之间的绝缘性由于浸没在液态制冷剂中而劣化。

然而，在该公告中公开的电动压缩机在外壳中需要额外的空间用于设置该额外的长度部分。设置额外长度部分增大了电动压缩机的尺寸，并且因此，将电动压缩机安装在车辆上的自由度被损坏。取决于安装电动压缩机的空间限制，设置额外长度部分会使安装压缩机极其困难。

液态制冷剂在电动压缩机停止期间在外壳中累积是由于制冷剂气体在外部制冷剂回路中冷却和液化以及制冷剂气体在外壳中冷却和液化而产生的。

在外部制冷剂回路中产生并且流入到外壳中的液态制冷剂增加了液态制冷剂在外壳中的累积。

在由于空间限制而不能够设置额外长度部分的电动压缩机的情况下，导电部分倾向于浸没在液态制冷剂中，使得导电部分与外壳之间的绝缘性劣化。

另外，当在电动压缩机启动时外壳中累积有液态制冷剂时，液态制冷剂在外壳中汽化并且外壳中的压力过度增加。

在这种情况下，在压缩机启动时需要较大的转矩，使得对电动压缩机施加的负载增加。

本发明旨在提供一种电动压缩机，该电动压缩机防止液态制冷剂从外部制冷剂回路流入到压缩机的外壳中从而在电动压缩机中累积，以确保电动压缩机的导电部分的绝缘。

发明内容

电动压缩机包括：电动马达；压缩机构，所述压缩机构由所述电动马达驱动以压缩制冷剂气体；金属外壳，所述金属外壳容纳所述电动马达和所述压缩机构；吸入通道，所述吸入通道能够与所述外壳的内部连通，其中制冷剂气体流动通过所述吸入通道；排出通道，所述排出通道能够与所述外壳的内部连通，从所述压缩机构排出的制冷剂气体流动通过所述排出通道；以及止回阀，所述止回阀设置在所述吸入通道和所述排出通道中的至少一个中，所述止回阀在所述压缩机运行时被打开并且在所述压缩机停止时被关闭。

根据以下结合附图、通过示例来说明本发明的原理的描述，本发明的其他方面和优点将变得清楚。

附图说明

在所附权利要求中特别提出了本发明的被认为具有创新性的特征。参照以下对目前的优选实施方式的描述以及附图，可以最佳地理解本发明以及本发明的目的及优点，在附图中：

图1为根据本发明的第一实施方式的电动压缩机的纵向截面图；

图2为局部纵向截面图，其示出了图1的电动压缩机的吸入侧上的止回阀；

图3为局部纵向截面图，其示出了图1的电动压缩机的排出侧上的止回阀；以及

图4为根据本发明的第二实施方式的电动压缩机的纵向截面图。

具体实施方式

下面将参照图1至图3描述根据第一实施方式电动压缩机（下文中称为压缩机）。图1中用附图标记10表示的压缩机10为涡旋式压缩机，并且用于装备有电动马达和驱动车辆的发动机的混合动力车辆。压缩机形成车辆空调的制冷剂回路的一部分。车辆空调包括作为冷凝器的冷却单元（未示出）、接收器、膨胀阀、蒸发器以及压缩机10和连接上述装置的管道。

如图1所示，压缩机10包括：电动马达12；压缩机构11，压缩机构11与电动马达12成整体并且由电动马达驱动以对制冷剂气体进行压缩；以及金属外壳13，金属外壳13由铝合金制成并且包括第一外壳14和第二外壳15。第一外壳14和第二外壳15在它们的内端部处通过螺栓16连结在一起成外壳13。压缩机10以水平位置设置在发动机舱中。

压缩机构11和电动马达12容纳在压缩机10的第一外壳14中。在电动马达12上方的位置处穿过第一外壳14形成有入口17。第一外壳14中形成有置于吸入压力下的吸入空间。吸入空间形成外壳13的内部的一部分。入口17连接至外部制冷剂回路的管道18。管道18形成吸入通道S，吸入通道S能够通过吸入止回阀51（其将在下文中详细地描述）与其中设置电动马达12的第一外壳14的吸入空间连通。在压缩机10的运行期间，低压制冷剂气体流动穿过入口17进入到第一外壳14的吸入空间中。管道18比形成随后将描述的排出通道D的管道24定位得更邻近电动马达12。

第二外壳15在其中形成有排出室19，排出室19能够与压缩机构11连通。在第二外壳15的上部部分中穿过第二外壳15形成有出口20，出口20能够通过排出止回阀52（其将在本说明书的随后部分中详细地描述）与外部制冷剂回路连通。第二外壳15中也形成有连接排出室19和出口20的连通通道21。连通通道21中安装有油分离器22，以便将雾形式的润滑油与从压缩机构11排出的制冷剂气体分离。在油分离器下方形成有回油通道23以允许润滑油从连通通道21的底部流回到压缩机构11。压缩机10的出口20连接至形成排出通道D的外部制冷剂通道的管道24。管道24能够通过连通通道21与第二外壳15中的排出室19连通。换句话说，管道24与设置有压缩机构11的外壳13的内部连通。在压缩机10运行期间，从压缩机构11排放到排出室19中的高压制冷剂气体经由连通通道21流至出口20并且经由管道24流出至外部制冷剂回路。

压缩机构11包括固定在第一外壳14中的定涡旋体25和相对定涡旋体25作盘旋运动的动涡旋体26。在定涡旋体25与动涡旋体26之间形成有压缩室27。

在第一外壳14中在电动马达12与定涡旋体25之间设置有轴支承构件28。轴支承构件28形成压缩机构11的一部分并且包括轴承30。电动马达12包括旋转轴29，旋转轴29在其两端分别由轴支承构件28通过轴承30和第一外壳14通过轴承31支承。贯穿轴支承构件28形成有吸入口32，吸入口32通向第一外壳14中的上述吸入空间并且能够与压缩室27连通。经由入口17流入到第一外壳14中的吸入空间内的制冷剂气体经由吸入口32流入到压缩室27中。

电动马达12的旋转轴29在其邻近压缩机构11的一端具有偏心销33，动涡旋体26通过轴承34设置在偏心销33上。旋转轴29的旋转产生动涡旋体26的盘旋运动，由此使压缩室27径向向内移动从而减小其容积。随着压缩室27的容积增大，制冷剂气体经由吸入口32流入到压缩室27中，而随着压缩室27的容积减小，制冷剂气体在压缩室27中被压缩。在定涡旋体25的中央贯穿定涡旋体25形成有排出口35，并且定涡旋体25具有用于打开和关闭排出口35的排出阀36。已被压缩的制冷剂气体经由排出口35被排放到排出室19中。第二外壳15中形成有置于排放压力下的排出空间（或排出室19和连通通道21）。排出空间形成外壳13的内部的一部分。

电动马达12由三相交流电力驱动。电动马达12包括定子37和转子38，定子37固定至第一外壳14的内表面，转子38插在定子37中并且固定在旋转轴29上。转子38包括：转子芯39，在旋转轴29的轴向方向上贯穿转子芯39形成有多个磁体插入孔；以及插入到所述磁体插入孔中的多个永磁体（未示出）。定子37包括绕定子芯40缠绕的U相、V相及W相线圈41。每个相位的线圈41的线的一个端部从线圈41引出作为引线47，而各个线的另一端部连接在一起从而形成中性点48。根据第一实施方式的中性点48形成在线圈41的邻近压缩机构11侧的一侧上且在线圈41的上部位置处，并且各个相位的线的另一端连接在一起而形成导电部分。

电动马达12在设置于第一外壳14的外壁上的马达控制装置42的控制下被驱动。马达控制装置42包括逆变器44和盖43，盖43接合至第一外壳14的外壁并且保护逆变器44。盖43由与第一外壳14相同的材料或者说由铝合金制成。第一外壳14和盖43相配合以形成密封的空间，逆变器44和电连接至逆变器44的密封端子45设置在该密封空间中。逆变器44从外部电源接收直流电以驱动压缩机10并将直流电转换为交流电。逆变器44固定至第一外壳14的外壁并与第一外壳14的外壁电绝缘。

密封端子45通过为逆变器44设置的连接器电连接至逆变器44。在第一外壳14中设置有组块46，并且密封端子45通过组块46电连接至从相位线圈41引出的各个引线47。组块46由诸如塑料之类的绝缘材料制成并且形成为盒状。组块46中形成有端子孔（未示出），端子孔在组块46的上表面处开口，并且密封端子45的端子销经由端子孔插入。密封端子45的端子销和设置在组块46的端子孔中的触脚相配合而形成导电部分。电动马达12和逆变器44因此彼此电连接。电动马达12的线圈41的由逆变器44通过密封端子45的通电使转子38旋转，以由此使连接至旋转轴29的压缩机构11运行。

根据第一实施方式的压缩机包括设置在连接至入口17的管道18中的吸入止回阀51以及设置在连接至出口20的管道24中的排出止回阀52。吸入止回阀51和排出止回阀52用作本发明的止回阀。

下面将参照图2描述吸入止回阀51。吸入止回阀51包括阀壳53，阀壳53设置在形成吸入通道S的管道18中。阀壳53中形成有：阀体腔室54；阀开口55，当阀开口55打开时，其提供阀体腔室54与外部制冷剂回路侧上的吸入通道S之间的流体连通；以及开口56，开口56提供阀体腔室54与入口17侧上的吸入通道S之间的流体连通。在阀体腔室54中设置有阀体57和作为推动构件的螺旋弹簧58。

能够在阀体腔室54中往复运动的阀体57通常借助于螺旋弹簧58的推力关闭阀开口55，并且当在外部制冷剂回路侧上的吸入通道S中的制冷剂气体的压力增加时或者在入口17侧上的吸入通道S中的制冷剂气体的压力减小时打开阀开口55。具体地，当在外部制冷剂回路侧上的制冷剂气体与在入口17侧上的制冷剂气体之间的压力差超过预定值时，阀体57将阀开口55打开，并且当所述压力差低于预定值时，阀体57将阀开口55关闭。

螺旋弹簧58设置在阀体腔室54中以在使阀体57朝向阀开口55移动的方向上推动阀体57。将螺旋弹簧58的弹簧常数设定成在压缩机10停止时推动阀体57以关闭阀开口55以及在压缩机10运行时允许阀体57打开阀开口55。

下面将参照图3描述排出止回阀52。排出止回阀52能够操作为允许制冷剂气体从压缩机10的出口20朝向外部制冷剂回路中的排出通道D流动以及阻止制冷剂气体从外部制冷剂回路中的排出通道D朝向压缩机10的出口20流动。换句话说，排出止回阀52阻止制冷剂气体从外部制冷剂回路向出口20回流。排出止回阀52包括阀壳59，阀壳59设置在形成排出通道D的管道24中。阀壳59中形成有：阀体腔室60；阀开口61，当阀开口61打开时，其提供阀体腔室60与出口20侧上的排出通道D之间的流体连通；以及开口62，开口62提供阀体腔室60与外部制冷剂回路侧上的排出通道D之间的流体连通。在阀体腔室60中设置有阀体63和作为推动构件的螺旋弹簧64。

能够在阀体腔室60中往复运动的阀体63通常在压缩机10停止时借助于螺旋弹簧64的推力关闭阀开口61，并且在压缩机10运行时打开阀开口61。

螺旋弹簧64设置在阀体腔室60中以便在使阀体63朝向阀开口61移动的方向上推动阀体63。螺旋弹簧64的弹簧常数被设定成在压缩机10停止时推动阀体63以将阀开口61关闭以及在压缩机10运行时允许阀体63将阀开口61打开。

下面将描述根据第一实施方式的压缩机10的操作。在压缩机10停止期间，吸入止回阀51和排出止回阀52二者都关闭。当电力供给至电动马达12而使转子38旋转时，压缩机构11将制冷剂气体经由吸入口32抽吸到压缩室27中以便压缩制冷气体并且将已被压缩的制冷剂气体经由排出口35排放到排出室19中。在与吸入口32连通的第一外壳14的吸入空间中的制冷剂气体的压力在压缩机启动时由于压缩机构11的运行而减小。当第一外壳14的吸入空间中的制冷剂气体的压力降至预定水平时，吸入止回阀51的阀体57沿着克服螺旋弹簧58的推力打开阀开口55的方向移动。吸入止回阀51被打开，制冷剂气体经由管道18和压缩机10的入口17流入到第一外壳14的吸入空间中。当压缩机10继续其压缩操作时，吸入止回阀51保持打开。

同时，当制冷剂气体在压缩机10启动时从压缩机构11排出时，排出室19和连通通道21中的制冷剂气体的压力增大。当排出室19和连通通道21中的制冷剂气体的压力增大至预定水平时，排出止回阀52的阀体63移动离开阀开口61因而排出止回阀52被打开，使得排出的制冷剂气体经由管道24流出到外部制冷剂回路中。当压缩机10继续其压缩操作时，排出止回阀52保持打开。另外，当压缩机10继续其压缩操作时，制冷剂气体不断地排出外壳13，从而防止大量的液态制冷剂在外壳13中累积。

当压缩机10由于电动马达12的停止而停止压缩操作时，如图2和图3所示，吸入止回阀51和排出止回阀52均关闭。车辆空调随着时间的推移而冷却，因此，压缩机10和外部制冷剂回路中的制冷剂气体也冷却而被液化。在压缩机10停止期间，当吸入止回阀51和排出止回阀52均关闭时，外部制冷剂回路中的液态制冷剂不能够分别经由管道18、管道24流入到外壳13的吸入空间和排出空间中。外壳13的吸入空间和排出空间中的制冷剂气体被液化，但外部制冷剂回路中的液态制冷剂不能够流入到外壳13的吸入空间和排出空间中，从而仅有少量液态制冷剂累积在外壳13的吸入空间和排出空间中。因此，防止各自具有导电部分的密封端子45、组块46及中性点48被浸没在液态制冷剂中。

另外，仅少量液态制冷剂在外壳13的吸入空间和排出空间中累积使得易于防止外壳13中制冷剂气体的压力由于压缩机10启动时液态制冷剂汽化而过度增加。因此，能够防止压缩机构11上的负载和电动马达12的耗电量增加。

根据第一实施方式的压缩机10提供如下有利的影响：

（1）在压缩机10的压缩操作期间，设置在吸入通道S中的吸入止回阀51和设置在排出通道D中的排出止回阀52均被打开。使制冷剂气体能够经由吸入通道S和外壳13的吸入空间流入到压缩机构11中，并且在压缩机构11中被压缩的制冷剂气体从压缩机构11经由排出通道D流出到外部制冷剂回路中。在压缩机10的停止期间，吸入止回阀51和排出止回阀52均关闭。因此，阻止液态制冷剂分别经由吸入通道S和排出通道D流入到外壳13的吸入空间和排出空间中，因而当压缩机10停止时，能够防止液态制冷剂在外壳13中累积。

（2）当吸入止回阀51在压缩机10停止期间关闭时，液态制冷剂被阻止从比排出通道D更邻近电动马达定位的吸入通道S流入到外壳13的吸入空间中，使得电动马达12很难浸没在第一外壳14的吸入空间中的液态制冷剂中。第一外壳14的吸入空间中的液化的少量的任何制冷剂将不会使电动马达12被浸没在液态制冷剂中。因此，防止各自具有导电部分且在邻近电动马达12的位置处设置在电动马达12中的密封端子45、组块46及中性点48被浸没在外壳13中累积的液态制冷剂中，因而能够成功地将导电部分与金属外壳13绝缘。

（3）在压缩机10停止期间，不允许制冷剂气体经由吸入通道S和排出通道D流入到外壳13中，使得只有少量的液态制冷剂累积在外壳13中。因此，容易地防止了制冷剂气体的压力由于液态制冷剂在压缩机10启动时汽化而增大，从而使得能够减小对压缩机构11施加的负载并且能够阻止电动马达12耗电量增加。

（4）仅少量的液态制冷剂在外壳13中累积允许对设置在电动马达12中或电动马达12附近的导电部分（或密封端子45、组块46及中性点48）较高自由度的定位。例如，相比于现有技术，导电部分可以设置在更邻近外壳13底部的位置处。

（5）仅少量的液态制冷剂在外壳13中累积有助于保持线圈41与外壳13之间以及线圈41与导电部分之间的绝缘性，即使在线圈41的绕线的绝缘搪瓷涂层中形成有小孔亦如此。

下面将描述根据第二实施方式的压缩机。在图4中用附图标记70表示的根据第二实施方式的压缩机与根据第一实施方式的压缩机的不同之处在于：压缩机70设置有吸入止回阀，但免除了排出止回阀。压缩机70的其余结构与第一实施方式的压缩机的结构大致相同。出于方便说明的原因，将会用与在第一实施方式的描述中所使用的附图标记相同的附图标记来表示类似或相同的部件或元件，并将省略对这些部件或元件的描述。

如图4所示，压缩机70在排出通道D的管道24中没有比如52的排出止回阀，但在吸入通道S的管道18中设置有吸入止回阀51。在压缩机70的压缩期间，从压缩机构11排出到排出室19中的制冷剂气体经由油分离器22、连通通道21和出口20朝向外部的制冷剂回路流动。当压缩机70停止时，吸入止回阀51关闭，使得吸入通道S中的由于冷却而被液化的制冷剂被阻止而不能通过吸入止回阀51流入到外壳13的吸入空间中。

同时，在排出通道D中液化的制冷剂从出口20流入到第二外壳15中的排出空间中。根据第二实施方式的压缩机构11也为涡旋式，使得第二外壳15中的液态制冷剂不能够穿过压缩机构11以到达第一外壳14（或电动马达12）。换句话说，能够通过压缩机构11来阻止从出口20流入到第二外壳15中的液态制冷剂流入到第一外壳14中。

在第二实施方式中，在排出通道D的管道24中未设置比如52的排出止回阀的情况下，在吸入通道S中设置吸入止回阀51能够阻止液态制冷剂流入到第一外壳14中。压缩机70省略了压缩机10的排出止回阀52，从而与具有排出止回阀52的压缩机10相比，压缩机70能够减少部件的数量。

本发明不限于上述实施方式，而是可以以下面示例的各种方式来实践本发明。

在这些实施方式中，止回阀具有推动阀关闭的弹簧，但止回阀可以是电磁式的，在这种电磁式止回阀中，以电磁方式控制止回阀打开和关闭。换句话说，用于打开和关闭止回阀的结构不限于所说明的实施方式，只要止回阀在压缩机运行期间被打开并且在压缩机停止期间被关闭即可。

在这些实施方式中，止回阀在压缩机启动后被打开，但也可以在压缩机启动的同时打开。

在第一实施方式中止回阀设置在吸入通道和排出通道中，在第二实施方式中止回阀仅设置在吸入通道中。根据本发明，止回阀可以设置在吸入通道和排出通道中的至少一个中。例如，止回阀可以仅设置在排出通道中。

尽管在这些实施方式中，电动马达设置于在处于吸入压力下的外壳中，但电动马达可以设置于在排出压力下的外壳中。在后一种情况下，外壳中的设置有电动马达的空间可以是与排出通道连通的，并且排出通道比吸入通道更邻近电动马达定位。在这种情况下，优选的是在排出通道中设置止回阀以阻止液态制冷剂流入到设置有电动马达的空间中。

尽管在这些实施方式中实施方式的吸入通道和排出通道形成在外壳外，但这些通道可以形成在外壳内。例如，形成在第二外壳中的连通通道可以作为排出通道，并且止回阀可以设置在该连通通道中。替代性地，形成吸入通道的管道可以延伸到第一外壳的设置有电动马达的吸入空间中，并且止回阀可以设置在位于第一外壳的吸入空间中的延伸的吸入通道中。

根据本发明压缩机不限于实施方式中所描述的涡旋式压缩机。压缩机可以是叶片式压缩机。

Claims

1.一种电动压缩机，包括：

电动马达；

压缩机构，所述压缩机构由所述电动马达驱动以压缩制冷剂气体；

金属外壳，所述金属外壳容纳所述电动马达和所述压缩机构；

吸入通道，所述吸入通道能够与所述外壳的内部连通，制冷剂气体流动通过所述吸入通道；以及

排出通道，所述排出通道能够与所述外壳的内部连通，从所述压缩机构排出的制冷剂气体流动通过所述排出通道，其特征在于，所述电动压缩机还包括：

止回阀，所述止回阀设置在所述吸入通道和所述排出通道中的至少一个中，所述止回阀在所述压缩机运行时被打开并且在所述压缩机停止时被关闭。

2.根据权利要求1所述的电动压缩机，其特征在于，所述止回阀设置在所述吸入通道和所述排出通道中的一个中，所述吸入通道和所述排出通道中的所述一个比另一个更邻近所述电动马达定位。

3.根据权利要求1所述的电动压缩机，其特征在于，所述止回阀设置在所述吸入通道中。

4.根据权利要求1所述的电动压缩机，其特征在于，所述止回阀分别设置在所述吸入通道和所述排出通道中。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动压缩机，其特征在于，所述吸入通道能够与所述外壳的设置有所述电动马达的内部连通，并且所述排出通道能够与所述外壳的设置有所述压缩机构的内部连通。