JP2004301055A - ハイブリッドコンプレッサ - Google Patents
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- F04C2240/45—Hybrid prime mover
Abstract
【課題】小型化が可能であるとともに製造コストの低廉化を実現可能なハイブリッドコンプレッサを提供する。
【解決手段】センターハウジング2とリアハウジング3との間に構成された圧縮機構10と、フロントハウジング内1に構成された駆動機構30と、フロントハウジング1外に構成された電磁クラッチ50とを備えたハイブリッドコンプレッサである。駆動機構30は回転軸4を回転駆動可能なSRモータ31を有している。このSRモータ31は、フロントハウジング1に固定され、各々巻線33を持つ6極の第1突極子32aを軸心周りに有する固定子32と、回転軸4に固定され、4極の第2突極子34a、34b、34c、34dを軸心周りに有する回転子34とを備え、第1突極子32aの励磁タイミングを制御することにより回転子34を回転可能である。
【選択図】 図1
【解決手段】センターハウジング2とリアハウジング3との間に構成された圧縮機構10と、フロントハウジング内1に構成された駆動機構30と、フロントハウジング1外に構成された電磁クラッチ50とを備えたハイブリッドコンプレッサである。駆動機構30は回転軸4を回転駆動可能なSRモータ31を有している。このSRモータ31は、フロントハウジング1に固定され、各々巻線33を持つ6極の第1突極子32aを軸心周りに有する固定子32と、回転軸4に固定され、4極の第2突極子34a、34b、34c、34dを軸心周りに有する回転子34とを備え、第1突極子32aの励磁タイミングを制御することにより回転子34を回転可能である。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッドコンプレッサに関する。このハイブリッドコンプレッサは車両用空調システムに用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
従来のハイブリッドコンプレッサとして、特許文献1記載のものが知られている。このハイブリッドコンプレッサは、ハウジングと、このハウジング内に構成された圧縮機構及び駆動機構と、ハウジング外に構成された伝達機構とを備えている。圧縮機構は冷媒ガスを吸入、圧縮及び吐出可能なものであり、特許文献1には圧縮機構としてスクロール型及びベーン型のものが開示されている。駆動機構は、回転軸を回転駆動可能な電動モータを有しており、回転軸により圧縮機構を駆動可能になっている。特許文献1には、駆動機構の電動モータとして誘導電動機型モータを開示している。また、伝達機構は、ハウジング外に配設されたエンジン等の外部駆動源の駆動力を回転軸に伝達して圧縮機構を駆動可能になっており、特許文献1には伝達機構として電磁クラッチが開示されている。
【0003】
このハイブリッドコンプレッサでは、外部駆動源が運転状態にあるときには、外部駆動源の駆動力が伝達機構によって回転軸に伝達され、圧縮機構が駆動される。また、外部駆動源が停止状態にあるときには、駆動機構の電動モータが回転軸を回転駆動することにより圧縮機構が駆動される。そのため、外部駆動源が運転状態であっても停止状態であっても、車両用空調システムを作動させることができ、快適な車内空間を保持することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−93876号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のハイブリッドコンプレッサでは、比較的容積の大きい誘導電動機型モータを電動モータとして採用しているため、小型化に限界があった。また、誘導電動機型モータの駆動回路は複雑かつ高価であるため、ハイブリッドコンプレッサの製造コストの低廉化にも限界があった。
【0006】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能であるとともに、製造コストの低廉化を実現可能なハイブリッドコンプレッサを提供することを解決すべき課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、近年における制御技術の進展により優れた性能を発揮可能となったSR(Switched Reluctance)モータに注目し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明のハイブリッドコンプレッサは、ハウジングと、該ハウジング内に構成され、冷媒ガスを吸入、圧縮及び吐出可能な圧縮機構と、該ハウジング内に構成され、回転軸を回転駆動可能な電動モータを有し、該回転軸により該圧縮機構を駆動可能な駆動機構と、該ハウジング外に構成され、該ハウジング外に配設された外部駆動源の駆動力を該回転軸に伝達して該圧縮機構を駆動可能な伝達機構とを備えたハイブリッドコンプレッサにおいて、
前記電動モータは、前記ハウジングに固定され、各々巻線を持つ複数の第1突極子を軸心周りに有する固定子と、前記回転軸に固定され、該固定子の該第1突極子の数と異なる数の第2突極子を該軸心周りに有する回転子とを備え、該第1突極子の励磁タイミングを制御することにより該回転子を回転可能なSRモータであることを特徴とする。
【0009】
本発明のハイブリッドコンプレッサでは、電動モータとしてSRモータを採用している。このSRモータは、ハウジングに固定され、各々巻線を持つ複数の第1突極子を軸心周りに有する固定子と、回転軸に固定され、固定子の第1突極子の数と異なる数の第2突極子を軸心周りに有する回転子とを備え、第1突極子の励磁タイミングを制御することにより回転子を回転させるものである。このSRモータは、回転子に永久磁石や巻線がないため、構造が簡単であり、丈夫である上、安価である。また、固定子の巻線が第1突極子に集中巻きされるため、コイルエンドが短くて済み、電動モータがコンパクトになる。さらに、スイッチング用パワー素子、駆動回路、保護回路等を1つにした電源用半導体モジュールであるIPM(Intelligent Power Module)等を用いた制御技術の進展により、確実かつ低コストにSRモータを制御することが可能である。
【0010】
したがって、本発明のハイブリッドコンプレッサによれば、小型化が可能であるとともに、製造コストの低廉化を実現することができる。
【0011】
本発明のハイブリッドコンプレッサにおいて、圧縮機構としては、スクロール型、ベーン型、斜板型のもの等、公知のものを採用することができる。伝達機構としては、電磁クラッチを採用できる他、圧縮機構が駆動されていても冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出を実質的に行わないものである場合には、単なるプーリを採用することもできる。
【0012】
駆動機構及び伝達機構の少なくとも一方と圧縮機構との間には、回転軸を変速可能な変速機構が備えられていることが好ましい。駆動機構と圧縮機構との間に変速機構を備えた場合には、駆動機構による回転軸の回転数を変速機構により変速して圧縮機構を駆動することができる。伝達機構と圧縮機構との間に変速機構を備えた場合には、伝達機構による回転軸の回転数を変速機構により変速して圧縮機構を駆動することができる。駆動機構及び伝達機構と圧縮機構との間に変速機構を備えた場合には、駆動機構による回転軸の回転数と伝達機構による回転軸の回転数とを変速機構により変速して圧縮機構を駆動することができる。こうして、圧縮機構や車両用空調システムに適した回転数で圧縮機構を駆動することが可能になる。
【0013】
変速機構としては、駆動機構と圧縮機構との間に備えられ、回転軸を減速可能な減速機構を採用することができる。SRモータによって回転軸を回転駆動する場合、回転軸の回転数は大きくなりやすい。こうして圧縮機構を駆動するとすれば、圧縮機構では、冷媒の吸入、圧縮及び吐出に伴って回転軸に負荷が作用するため、SRモータに大きなトルクが必要になる。このような大きなトルクを出力可能なSRモータを採用するとすれば、SRモータの大型化、ひいてはハイブリッドコンプレッサの大型化を生じてしまう。これに対し、変速機構として、駆動機構と圧縮機構との間に備えられた減速機構を採用すれば、SRモータの回転トルクを小さくすることができるため、SRモータの小型化、ひいてはハイブリッドコンプレッサの小型化を実現することが可能である。
【0014】
減速機構と回転軸との間には、減速機構から回転軸への動力伝達を許容するとともに、回転軸から減速機構への動力伝達を遮断可能なワンウェイクラッチが備えられていることが好ましい。ワンウェイクラッチにより、SRモータの駆動力は減速機構を介して回転軸に伝達される一方、圧縮機構に作用する負荷は回転軸から減速機構に伝達されることはない。そのため、圧縮機構にとって減速機構及び駆動機構が負荷となることはなく、圧縮機構がロックすることがない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【0016】
実施形態のハイブリッドコンプレッサは、図1に示すように、センターハウジング2、固定スクロール11及びリアハウジング3内に構成された圧縮機構10と、フロントハウジング内1に構成された駆動機構30及び減速機構40と、フロントハウジング1外に構成された伝達機構としての電磁クラッチ50とを備えている。フロントハウジング1、センターハウジング2、固定スクロール11及びリアハウジング3がハウジングである。
【0017】
圧縮機構10は、互いに噛合することにより圧縮室13を形成する固定スクロール11と可動スクロール12とを備えている。固定スクロール11は、センターハウジング2及びリアハウジング3に挟持された状態で固定され、外郭を形成するシェル部11bと、リアハウジング3側でシェル部11bと一体をなす円板状の固定側板11aと、固定側板11aのセンターハウジング2側に突出して固定側板11aと一体に形成され、インボリュート曲線等により形成された固定渦巻体11cとからなる。可動スクロール12は、円板状の可動側板12aと、この可動側板12aのリアハウジング3側に突出して可動側板12aと一体に形成され、インボリュート曲線等により形成された可動渦巻体12bと、可動側板12aのセンターハウジング2側に形成されたボス部12cとからなる。
【0018】
リアハウジング3内には吸入室3b及び吐出室3aが形成されている。固定側板11aの外周部分には吸入室3bと圧縮室13とを連通する図示しない吸入ポートが貫設され、吸入室3bは図示しない冷凍回路の蒸発器と連通されている。また、固定側板11aの中央部分には吐出室3aと圧縮室13とを連通する吐出ポート14が貫設され、吐出室3aは図示しない冷凍回路の凝縮器と連通されている。
【0019】
センターハウジング2内には回転軸4が挿通される軸孔2aが形成され、回転軸4と軸孔2aとの間には封止装置21が設けられている。これにより、センターハウジング2とフロントハウジング1とは密閉状態で接合されている。この軸封装置21及びラジアル軸受22を介して回転軸4が回転自在に支承されている。また、回転軸4の大径部内端には軸心から偏心してスライドキー23が突設されている。このスライドキー23には駆動ブッシュ25が嵌合されており、駆動ブッシュ25にはカウンタウェイト24が嵌合されている。駆動ブッシュ25の外周面にはラジアル軸受26を介して可動側板12aのボス部12cが支承されている。センターハウジング2と可動側板12aとの間には自転防止機構27が設けられており、これにより可動側板12aの自転が防止されている。
【0020】
駆動機構30は、回転軸4を回転駆動可能なSRモータ31とモータ・コントローラが搭載されたプリント基板37とを有している。SRモータ31は、固定子32と巻線33と回転子34とから構成されている。固定子32は円筒状をなし、図2〜4にも示すように、外面がフロントハウジング1に固定され、内側には6極の第1突極子32aが軸心周りに等角度間隔で突設されている。各第1突極子32aには、隣り合う第1突極子32a間で巻き方向が逆向きになるように、巻線33が巻着されている。こうして、U相、V相及びW相の三相が形成され、各相の巻線33はコネクタ36を介してプリント基板37に電気的に接続されている。そして、プリント基板37はケーブル38を介して図5に示すようなモータ・コントローラ71に接続されている。また、固定子32の内側には円筒状をなす回転子34が回転可能に設けられており、回転子34の外側には4極の第2突極子34a、34b、34c、34dが軸心周りに突設されている。なお、第1突極子と第2突極子との数の組み合わせは、一定方向に回転可能な数の組み合わせであればよいが、本実施形態では6個の第1突極子と4個の第2突極子の組み合わせを採用した。
【0021】
SRモータ31は、図5に示すように、IPM72及び位置検出回路73を含むモータ・コントローラ71に電気的に接続されており、モータ・コントローラ71はマイコン70に電気的に接続されている。なお、IPMとは、Intelligent Power Moduleの略語であり、スイッチング用パワー素子、駆動回路、保護回路等を1つにした電源用半導体モジュールである。また、位置検出回路73は、巻線33への印加電圧等を検出するものであり、この検出値を基にマイコン70が回転子34の位置を推定する。
【0022】
また、図1に示すように、駆動機構30と圧縮機構10との間には、回転軸4を減速可能な減速機構40が設けられている。この減速機構40は、太陽歯車42、3個の遊星歯車43及び内歯車44からなる遊星歯車機構を備えている。太陽歯車42は、図2〜4にも示すように、SRモータ31の回転子34に嵌合されて回転子34と一体回転可能にされており、その外周面の一部に外歯が形成されている。太陽歯車42及び回転子34とセンターハウジング2との間にはシールド軸受41が設けられ、これにより太陽歯車42及び回転子34が回転自在に支承されている。フロントハウジング1には内周面に内歯が形成された内歯車44が固定され、内歯車44にはシールド軸受48を介して太陽歯車42が回転自在に支承されている。また、太陽歯車42と内歯車44との間には、3個の遊星歯車43が回転可能に設けられ、各遊星歯車43の外周面には太陽歯車42の外歯及び内歯車44の内歯と噛合する外歯が形成されている。各遊星歯車43はアーム43aにより連結されている。また、フロントハウジング1にはシールド軸受49を介してアーム43aが回転自在に支承されているとともに、軸封装置46及びシールド軸受45を介して回転軸4が回転自在に支承されている。このように、減速機構40は軸封装置21、46のほか、シールド軸受41、48、49、45によっても封止されており、減速機構40内の潤滑油Lが外に漏れないようにされている。
【0023】
また、減速機構40のアーム43aと回転軸4との間にはワンウェイクラッチ47が設けられている。このワンウェイクラッチ47としては、例えば特開2002−276775号公報記載をものを採用することができる。このワンウェイクラッチ47により、減速機構40から回転軸4へは動力が伝達されるが、回転軸4から減速機構40へは動力が伝達されないようになっている。
【0024】
また、伝達機構である電磁クラッチ50がフロントハウジング1外に構成されている。この電磁クラッチ50では、回転軸4にアーマチュアをもつハブ53が固定されている。また、フロントハウジング1には軸受装置54を介してプーリ51が回転可能に設けられ、プーリ51には外部駆動源としてのエンジン60と接続された図示しないベルトが巻きかけられている。さらに、フロントハウジング1にはプーリ51内に位置するようにコイル52が設けられている。この電磁クラッチ50では、コイル52に通電すれば、ハブ53のアーマチュアがプーリ51に磁着され、回転軸4がプーリ51と同期回転し、エンジン60の駆動力が回転軸4に伝達される。また、コイル52への通電を停止すれば、ハブ53のアーマチュアがプーリ51から離れ、回転軸4はプーリ51によっては回転されず、エンジン60の駆動力が回転軸4に伝達されない。
【0025】
以上の構成をしたハイブリッドコンプレッサでは、電磁クラッチ50への通電を停止するとともにSRモータ31へ通電し、駆動機構30により圧縮機構10を駆動することができる。つまり、電磁クラッチ50のコイル52への通電を停止すれば、プーリ51とハブ53とが切り離される。これにより、プーリ51が空転し、エンジン60の駆動力は回転軸4に伝達されない。
【0026】
この際の駆動機構30による圧縮機構10の駆動を以下に説明する。SRモータ31の第1突極子32aと第2突極子34a、34b、34c、34dとの位置関係が図2に示すような状態からU相の巻線33に通電すると、磁力が発生して一対の第2突極子34a、34cが吸引され、回転子34が図2において右回転する。そして、回転子34が図3に示す位置になったとき、U相の巻線33への通電を停止するとともにV相の巻線33に通電すると、今度は一対の第2突極子34b、34dが吸引される。さらに、回転子34が図4に示す位置になったとき、V相の巻線33への通電を停止するとともにW相の巻線33に通電すると、一対の第2突極子34a、34cが吸引される。こうして、このSRモータ31では、第2突極子34a、34b、34c、34dの位置に合わせてU相、V相、W相の巻線33に順次通電することにより、回転子34を回転させることができる。この際、モータ・コントローラ71の位置検出回路73によりSRモータ31の巻線33への印加電圧等を検出し、これらの検出値を基にマイコン70が第2突極子34a、34b、34c、34dの位置を推定する。そして、マイコン70は、第2突極子34a、34b、34c、34dの位置に基づいて、モータ・コントローラ71のIPM72を制御している。
【0027】
SRモータ31の回転子34が回転すると、遊星歯車機構の太陽歯車42が回転子34に嵌合されているため、太陽歯車42は回転子34と一体として回転する。太陽歯車42が回転すると遊星歯車43を介してアーム43aが減速されて回転する。そして、ワンウェイクラッチ47により、アーム43aの回転と同じ速さで回転軸4も回転する。こうして、SRモータ31の回転子34の回転は、減速機構40により減速されて回転軸4に伝達される。
【0028】
回転軸4が回転すると、スライドキー23が駆動され、駆動ブッシュ25が自転防止機構27との協働により可動スクロール12を公転円に沿って公転させる。そして、固定側板11a、固定渦巻体11c、可動側板12a及び可動渦巻体12bにより形成される圧縮室13は順次容積を縮小させながら渦巻き中心方向へ移動される。こうして、回転軸4の回転により圧縮機構10が駆動される。このため、冷凍回路より吸入室3bから吸入段階の圧縮室13に吸入された冷媒ガスは、圧縮室13の移動により、吐出ポート14、吐出室3aを経て冷凍回路へ排出される。
【0029】
また、SRモータ31への通電を停止するとともに電磁クラッチ50のコイル52へ通電し、電磁クラッチ50により圧縮機構10を駆動することができる。つまり、SRモータ31への通電を停止すれば、回転子34に回転力が与えられることはなく、駆動機構30から回転軸4へは動力が伝達されない。また、電磁クラッチ50のコイル52に通電することにより、プーリ51とハブ53とが接続され、エンジン60の駆動力が回転軸4に伝達される。回転軸4が回転すると、上記のように圧縮機構10が駆動される。こうして、電磁クラッチ50により圧縮機構10が駆動される。
【0030】
さらに、SRモータ31及び電磁クラッチ50のコイル52の両方への通電を停止すれば、圧縮機構10の駆動を停止することができる。
【0031】
これらの間、このハイブリッドコンプレッサでは、電動モータとしてSRモータ31を採用している。このSRモータ31は、回転子34に永久磁石や巻線がないため、構造が簡単であり、丈夫である上、安価である。また、固定子34の巻線33が第1突極子32aに集中巻きされるため、コイルエンドが短くて済み、電動モータがコンパクトになる。さらに、スイッチング用パワー素子、駆動回路、保護回路等を1つにした電源用半導体モジュールであるIPM72等を用いた制御技術の進展により、確実かつ低コストにSRモータ31を制御することが可能である。
【0032】
また、このハイブリッドコンプレッサでは、駆動機構30と圧縮機構10との間に減速機構40が備えられているため、駆動機構30による回転軸4の回転数と電磁クラッチ50による回転軸4の回転数との違いを吸収し、常に回転軸4が適した回転数で回転できるようにすることができる。また、この減速機構40が回転軸4を減速するため、SRモータ31の回転トルクを小さくすることができ、SRモータ31、ひいてはハイブリッドコンプレッサの小型化が実現されている。
【0033】
さらに、このハイブリッドコンプレッサでは、減速機構40と回転軸4との間にワンウェイクラッチ47が備えられている。ワンウェイクラッチ47により、SRモータ31の駆動力は減速機構40を介して回転軸4に伝達される一方、圧縮機構10に作用する負荷は回転軸4から減速機構40に伝達されることはない。そのため、圧縮機構10にとって減速機構40及び駆動機構30が負荷となることはなく、圧縮機構10がロックすることがない。
【0034】
したがって、実施形態のハイブリッドコンプレッサによれば、小型化が可能であるとともに、製造コストの低廉化を実現することができる。
【0035】
また、このハイブリッドコンプレッサでは、駆動機構30と圧縮機構10との間に備えられた減速機構40が軸封装置21、46及びシールド軸受41、48、49、45により封止されているため、減速機構40は駆動機構30及び圧縮機構10に対して密閉された状態になっている。これにより、減速機構40に専用の潤滑油Lを使用することができ、減速機構40の潤滑を十分に行えることとなる。さらに、減速機構40内の潤滑油Lが減速機構40の外に漏れることを防止することができ、圧縮機構10、駆動機構30及び電磁クラッチ50を保護することができる。そのため、このハイブリッドコンプレッサによれば、長期間の使用によっても効率及び耐久性が低下し難いものとなる。
【0036】
なお、この実施形態では6極の第1突極子と4極の第2突極子とを採用したが、第1突極子と第2突極子との数の組み合わせは回転子が一定方向に回転可能なものであればよく、第2突極子の数が第1突極子の数より大きくなってもよい。また、位置検出回路は、SRモータの巻線への印加電圧等を検出しているが、第2突極子の位置が検出できるものであればよく、例えばロータリーエンコーダのパルス出力を計数するものであってもよい。
【0037】
また、この実施形態では圧縮機構10としてスクロール型のものを採用したが、ベーン型、斜板型のもの等、公知の圧縮機構を採用することができる。また、この実施形態では伝達機構として電磁クラッチ50を採用したが、圧縮機構が駆動されていても冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出を実質的に行わないものである場合には、単なるプーリを採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のハイブリッドコンプレッサの断面図である。
【図2】実施形態のハイブリッドコンプレッサに係り、図1のSRモータのII−II矢視断面図である。
【図3】実施形態のハイブリッドコンプレッサに係り、SRモータの断面図である。
【図4】実施形態のハイブリッドコンプレッサに係り、SRモータの断面図である。
【図5】実施形態のハイブリッドコンプレッサの回路図である。
【符号の説明】
1、2、3、11b…ハウジング(1…フロントハウジング、2…センターハウジング、3…リアハウジング、11b…シェル部)
4…回転軸
10…圧縮機構
30…駆動機構
31…SRモータ
32…固定子
32a…第1突極子
33…巻線
34…回転子
34a、34b、34c、34d…第2突極子
40…変速機構(減速機構)
47…ワンウェイクラッチ
50…伝達機構(電磁クラッチ)
60…外部駆動源(エンジン)
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッドコンプレッサに関する。このハイブリッドコンプレッサは車両用空調システムに用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
従来のハイブリッドコンプレッサとして、特許文献1記載のものが知られている。このハイブリッドコンプレッサは、ハウジングと、このハウジング内に構成された圧縮機構及び駆動機構と、ハウジング外に構成された伝達機構とを備えている。圧縮機構は冷媒ガスを吸入、圧縮及び吐出可能なものであり、特許文献1には圧縮機構としてスクロール型及びベーン型のものが開示されている。駆動機構は、回転軸を回転駆動可能な電動モータを有しており、回転軸により圧縮機構を駆動可能になっている。特許文献1には、駆動機構の電動モータとして誘導電動機型モータを開示している。また、伝達機構は、ハウジング外に配設されたエンジン等の外部駆動源の駆動力を回転軸に伝達して圧縮機構を駆動可能になっており、特許文献1には伝達機構として電磁クラッチが開示されている。
【0003】
このハイブリッドコンプレッサでは、外部駆動源が運転状態にあるときには、外部駆動源の駆動力が伝達機構によって回転軸に伝達され、圧縮機構が駆動される。また、外部駆動源が停止状態にあるときには、駆動機構の電動モータが回転軸を回転駆動することにより圧縮機構が駆動される。そのため、外部駆動源が運転状態であっても停止状態であっても、車両用空調システムを作動させることができ、快適な車内空間を保持することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−93876号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のハイブリッドコンプレッサでは、比較的容積の大きい誘導電動機型モータを電動モータとして採用しているため、小型化に限界があった。また、誘導電動機型モータの駆動回路は複雑かつ高価であるため、ハイブリッドコンプレッサの製造コストの低廉化にも限界があった。
【0006】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能であるとともに、製造コストの低廉化を実現可能なハイブリッドコンプレッサを提供することを解決すべき課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、近年における制御技術の進展により優れた性能を発揮可能となったSR(Switched Reluctance)モータに注目し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明のハイブリッドコンプレッサは、ハウジングと、該ハウジング内に構成され、冷媒ガスを吸入、圧縮及び吐出可能な圧縮機構と、該ハウジング内に構成され、回転軸を回転駆動可能な電動モータを有し、該回転軸により該圧縮機構を駆動可能な駆動機構と、該ハウジング外に構成され、該ハウジング外に配設された外部駆動源の駆動力を該回転軸に伝達して該圧縮機構を駆動可能な伝達機構とを備えたハイブリッドコンプレッサにおいて、
前記電動モータは、前記ハウジングに固定され、各々巻線を持つ複数の第1突極子を軸心周りに有する固定子と、前記回転軸に固定され、該固定子の該第1突極子の数と異なる数の第2突極子を該軸心周りに有する回転子とを備え、該第1突極子の励磁タイミングを制御することにより該回転子を回転可能なSRモータであることを特徴とする。
【0009】
本発明のハイブリッドコンプレッサでは、電動モータとしてSRモータを採用している。このSRモータは、ハウジングに固定され、各々巻線を持つ複数の第1突極子を軸心周りに有する固定子と、回転軸に固定され、固定子の第1突極子の数と異なる数の第2突極子を軸心周りに有する回転子とを備え、第1突極子の励磁タイミングを制御することにより回転子を回転させるものである。このSRモータは、回転子に永久磁石や巻線がないため、構造が簡単であり、丈夫である上、安価である。また、固定子の巻線が第1突極子に集中巻きされるため、コイルエンドが短くて済み、電動モータがコンパクトになる。さらに、スイッチング用パワー素子、駆動回路、保護回路等を1つにした電源用半導体モジュールであるIPM(Intelligent Power Module)等を用いた制御技術の進展により、確実かつ低コストにSRモータを制御することが可能である。
【0010】
したがって、本発明のハイブリッドコンプレッサによれば、小型化が可能であるとともに、製造コストの低廉化を実現することができる。
【0011】
本発明のハイブリッドコンプレッサにおいて、圧縮機構としては、スクロール型、ベーン型、斜板型のもの等、公知のものを採用することができる。伝達機構としては、電磁クラッチを採用できる他、圧縮機構が駆動されていても冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出を実質的に行わないものである場合には、単なるプーリを採用することもできる。
【0012】
駆動機構及び伝達機構の少なくとも一方と圧縮機構との間には、回転軸を変速可能な変速機構が備えられていることが好ましい。駆動機構と圧縮機構との間に変速機構を備えた場合には、駆動機構による回転軸の回転数を変速機構により変速して圧縮機構を駆動することができる。伝達機構と圧縮機構との間に変速機構を備えた場合には、伝達機構による回転軸の回転数を変速機構により変速して圧縮機構を駆動することができる。駆動機構及び伝達機構と圧縮機構との間に変速機構を備えた場合には、駆動機構による回転軸の回転数と伝達機構による回転軸の回転数とを変速機構により変速して圧縮機構を駆動することができる。こうして、圧縮機構や車両用空調システムに適した回転数で圧縮機構を駆動することが可能になる。
【0013】
変速機構としては、駆動機構と圧縮機構との間に備えられ、回転軸を減速可能な減速機構を採用することができる。SRモータによって回転軸を回転駆動する場合、回転軸の回転数は大きくなりやすい。こうして圧縮機構を駆動するとすれば、圧縮機構では、冷媒の吸入、圧縮及び吐出に伴って回転軸に負荷が作用するため、SRモータに大きなトルクが必要になる。このような大きなトルクを出力可能なSRモータを採用するとすれば、SRモータの大型化、ひいてはハイブリッドコンプレッサの大型化を生じてしまう。これに対し、変速機構として、駆動機構と圧縮機構との間に備えられた減速機構を採用すれば、SRモータの回転トルクを小さくすることができるため、SRモータの小型化、ひいてはハイブリッドコンプレッサの小型化を実現することが可能である。
【0014】
減速機構と回転軸との間には、減速機構から回転軸への動力伝達を許容するとともに、回転軸から減速機構への動力伝達を遮断可能なワンウェイクラッチが備えられていることが好ましい。ワンウェイクラッチにより、SRモータの駆動力は減速機構を介して回転軸に伝達される一方、圧縮機構に作用する負荷は回転軸から減速機構に伝達されることはない。そのため、圧縮機構にとって減速機構及び駆動機構が負荷となることはなく、圧縮機構がロックすることがない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【0016】
実施形態のハイブリッドコンプレッサは、図1に示すように、センターハウジング2、固定スクロール11及びリアハウジング3内に構成された圧縮機構10と、フロントハウジング内1に構成された駆動機構30及び減速機構40と、フロントハウジング1外に構成された伝達機構としての電磁クラッチ50とを備えている。フロントハウジング1、センターハウジング2、固定スクロール11及びリアハウジング3がハウジングである。
【0017】
圧縮機構10は、互いに噛合することにより圧縮室13を形成する固定スクロール11と可動スクロール12とを備えている。固定スクロール11は、センターハウジング2及びリアハウジング3に挟持された状態で固定され、外郭を形成するシェル部11bと、リアハウジング3側でシェル部11bと一体をなす円板状の固定側板11aと、固定側板11aのセンターハウジング2側に突出して固定側板11aと一体に形成され、インボリュート曲線等により形成された固定渦巻体11cとからなる。可動スクロール12は、円板状の可動側板12aと、この可動側板12aのリアハウジング3側に突出して可動側板12aと一体に形成され、インボリュート曲線等により形成された可動渦巻体12bと、可動側板12aのセンターハウジング2側に形成されたボス部12cとからなる。
【0018】
リアハウジング3内には吸入室3b及び吐出室3aが形成されている。固定側板11aの外周部分には吸入室3bと圧縮室13とを連通する図示しない吸入ポートが貫設され、吸入室3bは図示しない冷凍回路の蒸発器と連通されている。また、固定側板11aの中央部分には吐出室3aと圧縮室13とを連通する吐出ポート14が貫設され、吐出室3aは図示しない冷凍回路の凝縮器と連通されている。
【0019】
センターハウジング2内には回転軸4が挿通される軸孔2aが形成され、回転軸4と軸孔2aとの間には封止装置21が設けられている。これにより、センターハウジング2とフロントハウジング1とは密閉状態で接合されている。この軸封装置21及びラジアル軸受22を介して回転軸4が回転自在に支承されている。また、回転軸4の大径部内端には軸心から偏心してスライドキー23が突設されている。このスライドキー23には駆動ブッシュ25が嵌合されており、駆動ブッシュ25にはカウンタウェイト24が嵌合されている。駆動ブッシュ25の外周面にはラジアル軸受26を介して可動側板12aのボス部12cが支承されている。センターハウジング2と可動側板12aとの間には自転防止機構27が設けられており、これにより可動側板12aの自転が防止されている。
【0020】
駆動機構30は、回転軸4を回転駆動可能なSRモータ31とモータ・コントローラが搭載されたプリント基板37とを有している。SRモータ31は、固定子32と巻線33と回転子34とから構成されている。固定子32は円筒状をなし、図2〜4にも示すように、外面がフロントハウジング1に固定され、内側には6極の第1突極子32aが軸心周りに等角度間隔で突設されている。各第1突極子32aには、隣り合う第1突極子32a間で巻き方向が逆向きになるように、巻線33が巻着されている。こうして、U相、V相及びW相の三相が形成され、各相の巻線33はコネクタ36を介してプリント基板37に電気的に接続されている。そして、プリント基板37はケーブル38を介して図5に示すようなモータ・コントローラ71に接続されている。また、固定子32の内側には円筒状をなす回転子34が回転可能に設けられており、回転子34の外側には4極の第2突極子34a、34b、34c、34dが軸心周りに突設されている。なお、第1突極子と第2突極子との数の組み合わせは、一定方向に回転可能な数の組み合わせであればよいが、本実施形態では6個の第1突極子と4個の第2突極子の組み合わせを採用した。
【0021】
SRモータ31は、図5に示すように、IPM72及び位置検出回路73を含むモータ・コントローラ71に電気的に接続されており、モータ・コントローラ71はマイコン70に電気的に接続されている。なお、IPMとは、Intelligent Power Moduleの略語であり、スイッチング用パワー素子、駆動回路、保護回路等を1つにした電源用半導体モジュールである。また、位置検出回路73は、巻線33への印加電圧等を検出するものであり、この検出値を基にマイコン70が回転子34の位置を推定する。
【0022】
また、図1に示すように、駆動機構30と圧縮機構10との間には、回転軸4を減速可能な減速機構40が設けられている。この減速機構40は、太陽歯車42、3個の遊星歯車43及び内歯車44からなる遊星歯車機構を備えている。太陽歯車42は、図2〜4にも示すように、SRモータ31の回転子34に嵌合されて回転子34と一体回転可能にされており、その外周面の一部に外歯が形成されている。太陽歯車42及び回転子34とセンターハウジング2との間にはシールド軸受41が設けられ、これにより太陽歯車42及び回転子34が回転自在に支承されている。フロントハウジング1には内周面に内歯が形成された内歯車44が固定され、内歯車44にはシールド軸受48を介して太陽歯車42が回転自在に支承されている。また、太陽歯車42と内歯車44との間には、3個の遊星歯車43が回転可能に設けられ、各遊星歯車43の外周面には太陽歯車42の外歯及び内歯車44の内歯と噛合する外歯が形成されている。各遊星歯車43はアーム43aにより連結されている。また、フロントハウジング1にはシールド軸受49を介してアーム43aが回転自在に支承されているとともに、軸封装置46及びシールド軸受45を介して回転軸4が回転自在に支承されている。このように、減速機構40は軸封装置21、46のほか、シールド軸受41、48、49、45によっても封止されており、減速機構40内の潤滑油Lが外に漏れないようにされている。
【0023】
また、減速機構40のアーム43aと回転軸4との間にはワンウェイクラッチ47が設けられている。このワンウェイクラッチ47としては、例えば特開2002−276775号公報記載をものを採用することができる。このワンウェイクラッチ47により、減速機構40から回転軸4へは動力が伝達されるが、回転軸4から減速機構40へは動力が伝達されないようになっている。
【0024】
また、伝達機構である電磁クラッチ50がフロントハウジング1外に構成されている。この電磁クラッチ50では、回転軸4にアーマチュアをもつハブ53が固定されている。また、フロントハウジング1には軸受装置54を介してプーリ51が回転可能に設けられ、プーリ51には外部駆動源としてのエンジン60と接続された図示しないベルトが巻きかけられている。さらに、フロントハウジング1にはプーリ51内に位置するようにコイル52が設けられている。この電磁クラッチ50では、コイル52に通電すれば、ハブ53のアーマチュアがプーリ51に磁着され、回転軸4がプーリ51と同期回転し、エンジン60の駆動力が回転軸4に伝達される。また、コイル52への通電を停止すれば、ハブ53のアーマチュアがプーリ51から離れ、回転軸4はプーリ51によっては回転されず、エンジン60の駆動力が回転軸4に伝達されない。
【0025】
以上の構成をしたハイブリッドコンプレッサでは、電磁クラッチ50への通電を停止するとともにSRモータ31へ通電し、駆動機構30により圧縮機構10を駆動することができる。つまり、電磁クラッチ50のコイル52への通電を停止すれば、プーリ51とハブ53とが切り離される。これにより、プーリ51が空転し、エンジン60の駆動力は回転軸4に伝達されない。
【0026】
この際の駆動機構30による圧縮機構10の駆動を以下に説明する。SRモータ31の第1突極子32aと第2突極子34a、34b、34c、34dとの位置関係が図2に示すような状態からU相の巻線33に通電すると、磁力が発生して一対の第2突極子34a、34cが吸引され、回転子34が図2において右回転する。そして、回転子34が図3に示す位置になったとき、U相の巻線33への通電を停止するとともにV相の巻線33に通電すると、今度は一対の第2突極子34b、34dが吸引される。さらに、回転子34が図4に示す位置になったとき、V相の巻線33への通電を停止するとともにW相の巻線33に通電すると、一対の第2突極子34a、34cが吸引される。こうして、このSRモータ31では、第2突極子34a、34b、34c、34dの位置に合わせてU相、V相、W相の巻線33に順次通電することにより、回転子34を回転させることができる。この際、モータ・コントローラ71の位置検出回路73によりSRモータ31の巻線33への印加電圧等を検出し、これらの検出値を基にマイコン70が第2突極子34a、34b、34c、34dの位置を推定する。そして、マイコン70は、第2突極子34a、34b、34c、34dの位置に基づいて、モータ・コントローラ71のIPM72を制御している。
【0027】
SRモータ31の回転子34が回転すると、遊星歯車機構の太陽歯車42が回転子34に嵌合されているため、太陽歯車42は回転子34と一体として回転する。太陽歯車42が回転すると遊星歯車43を介してアーム43aが減速されて回転する。そして、ワンウェイクラッチ47により、アーム43aの回転と同じ速さで回転軸4も回転する。こうして、SRモータ31の回転子34の回転は、減速機構40により減速されて回転軸4に伝達される。
【0028】
回転軸4が回転すると、スライドキー23が駆動され、駆動ブッシュ25が自転防止機構27との協働により可動スクロール12を公転円に沿って公転させる。そして、固定側板11a、固定渦巻体11c、可動側板12a及び可動渦巻体12bにより形成される圧縮室13は順次容積を縮小させながら渦巻き中心方向へ移動される。こうして、回転軸4の回転により圧縮機構10が駆動される。このため、冷凍回路より吸入室3bから吸入段階の圧縮室13に吸入された冷媒ガスは、圧縮室13の移動により、吐出ポート14、吐出室3aを経て冷凍回路へ排出される。
【0029】
また、SRモータ31への通電を停止するとともに電磁クラッチ50のコイル52へ通電し、電磁クラッチ50により圧縮機構10を駆動することができる。つまり、SRモータ31への通電を停止すれば、回転子34に回転力が与えられることはなく、駆動機構30から回転軸4へは動力が伝達されない。また、電磁クラッチ50のコイル52に通電することにより、プーリ51とハブ53とが接続され、エンジン60の駆動力が回転軸4に伝達される。回転軸4が回転すると、上記のように圧縮機構10が駆動される。こうして、電磁クラッチ50により圧縮機構10が駆動される。
【0030】
さらに、SRモータ31及び電磁クラッチ50のコイル52の両方への通電を停止すれば、圧縮機構10の駆動を停止することができる。
【0031】
これらの間、このハイブリッドコンプレッサでは、電動モータとしてSRモータ31を採用している。このSRモータ31は、回転子34に永久磁石や巻線がないため、構造が簡単であり、丈夫である上、安価である。また、固定子34の巻線33が第1突極子32aに集中巻きされるため、コイルエンドが短くて済み、電動モータがコンパクトになる。さらに、スイッチング用パワー素子、駆動回路、保護回路等を1つにした電源用半導体モジュールであるIPM72等を用いた制御技術の進展により、確実かつ低コストにSRモータ31を制御することが可能である。
【0032】
また、このハイブリッドコンプレッサでは、駆動機構30と圧縮機構10との間に減速機構40が備えられているため、駆動機構30による回転軸4の回転数と電磁クラッチ50による回転軸4の回転数との違いを吸収し、常に回転軸4が適した回転数で回転できるようにすることができる。また、この減速機構40が回転軸4を減速するため、SRモータ31の回転トルクを小さくすることができ、SRモータ31、ひいてはハイブリッドコンプレッサの小型化が実現されている。
【0033】
さらに、このハイブリッドコンプレッサでは、減速機構40と回転軸4との間にワンウェイクラッチ47が備えられている。ワンウェイクラッチ47により、SRモータ31の駆動力は減速機構40を介して回転軸4に伝達される一方、圧縮機構10に作用する負荷は回転軸4から減速機構40に伝達されることはない。そのため、圧縮機構10にとって減速機構40及び駆動機構30が負荷となることはなく、圧縮機構10がロックすることがない。
【0034】
したがって、実施形態のハイブリッドコンプレッサによれば、小型化が可能であるとともに、製造コストの低廉化を実現することができる。
【0035】
また、このハイブリッドコンプレッサでは、駆動機構30と圧縮機構10との間に備えられた減速機構40が軸封装置21、46及びシールド軸受41、48、49、45により封止されているため、減速機構40は駆動機構30及び圧縮機構10に対して密閉された状態になっている。これにより、減速機構40に専用の潤滑油Lを使用することができ、減速機構40の潤滑を十分に行えることとなる。さらに、減速機構40内の潤滑油Lが減速機構40の外に漏れることを防止することができ、圧縮機構10、駆動機構30及び電磁クラッチ50を保護することができる。そのため、このハイブリッドコンプレッサによれば、長期間の使用によっても効率及び耐久性が低下し難いものとなる。
【0036】
なお、この実施形態では6極の第1突極子と4極の第2突極子とを採用したが、第1突極子と第2突極子との数の組み合わせは回転子が一定方向に回転可能なものであればよく、第2突極子の数が第1突極子の数より大きくなってもよい。また、位置検出回路は、SRモータの巻線への印加電圧等を検出しているが、第2突極子の位置が検出できるものであればよく、例えばロータリーエンコーダのパルス出力を計数するものであってもよい。
【0037】
また、この実施形態では圧縮機構10としてスクロール型のものを採用したが、ベーン型、斜板型のもの等、公知の圧縮機構を採用することができる。また、この実施形態では伝達機構として電磁クラッチ50を採用したが、圧縮機構が駆動されていても冷媒ガスの吸入、圧縮及び吐出を実質的に行わないものである場合には、単なるプーリを採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のハイブリッドコンプレッサの断面図である。
【図2】実施形態のハイブリッドコンプレッサに係り、図1のSRモータのII−II矢視断面図である。
【図3】実施形態のハイブリッドコンプレッサに係り、SRモータの断面図である。
【図4】実施形態のハイブリッドコンプレッサに係り、SRモータの断面図である。
【図5】実施形態のハイブリッドコンプレッサの回路図である。
【符号の説明】
1、2、3、11b…ハウジング(1…フロントハウジング、2…センターハウジング、3…リアハウジング、11b…シェル部)
4…回転軸
10…圧縮機構
30…駆動機構
31…SRモータ
32…固定子
32a…第1突極子
33…巻線
34…回転子
34a、34b、34c、34d…第2突極子
40…変速機構(減速機構)
47…ワンウェイクラッチ
50…伝達機構(電磁クラッチ)
60…外部駆動源(エンジン)
Claims (4)
- ハウジングと、該ハウジング内に構成され、冷媒ガスを吸入、圧縮及び吐出可能な圧縮機構と、該ハウジング内に構成され、回転軸を回転駆動可能な電動モータを有し、該回転軸により該圧縮機構を駆動可能な駆動機構と、該ハウジング外に構成され、該ハウジング外に配設された外部駆動源の駆動力を該回転軸に伝達して該圧縮機構を駆動可能な伝達機構とを備えたハイブリッドコンプレッサにおいて、
前記電動モータは、前記ハウジングに固定され、各々巻線を持つ複数の第1突極子を軸心周りに有する固定子と、前記回転軸に固定され、該固定子の該第1突極子の数と異なる数の第2突極子を該軸心周りに有する回転子とを備え、該第1突極子の励磁タイミングを制御することにより該回転子を回転可能なSRモータであることを特徴とするハイブリッドコンプレッサ。 - 前記駆動機構及び前記伝達機構の少なくとも一方と前記圧縮機構との間には、前記回転軸を変速可能な変速機構が備えられていることを特徴とする請求項1記載のハイブリッドコンプレッサ。
- 前記変速機構は、前記駆動機構と前記圧縮機構との間に備えられ、前記回転軸を減速可能な減速機構であることを特徴とする請求項2記載のハイブリッドコンプレッサ。
- 前記減速機構と前記回転軸との間には、該減速機構から該回転軸への動力伝達を許容するとともに、該回転軸から該減速機構への動力伝達を遮断可能なワンウェイクラッチが備えられていることを特徴とする請求項3記載のハイブリッドコンプレッサ。
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- 2003-03-31 JP JP2003096122A patent/JP2004301055A/ja active Pending
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