JP2005083236A - 車両用電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型かつ低コストで安全性あるいは信頼性が高い電動コンプレッサを提供すること。
【解決手段】 容器２１内の下部に圧縮メカ部２３を配置し、容器２１内の上部にモータ２２及びモータ２２への通電用電極部２４を配置した縦型構造にした。また、圧縮メカ部２３の下方には油溜め部２８を形成し、圧縮メカ部２３には容器２１の側面を貫通する冷媒吸入管２５を連結し、容器２１の上部に冷媒吐出管２７を取り付けた。このような構成において、冷媒吸入管２５から吸入された冷媒ガスは圧縮メカ部２３により圧縮された後、圧縮メカ部２３に取り付けられた吐出弁２６より容器２１内に吐出され、吐出ガスはモータ２２を冷却した後、吐出管２７を介して容器２１の外部に吐出される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、走行用エンジンで駆動される車両用冷房装置に使用される電動コンプレッサに関し、さらに詳しくは、走行用エンジンが停止した時に車両用冷房装置の運転を継続させるための車両用電動コンプレッサの構造に関する。

従来の車両用冷房装置に用いられる冷凍サイクルでは、走行用エンジンで駆動される第１コンプレッサとは別に、副電池を電源とする別付けモータによりベルトを介して駆動される第２コンプレッサを設け、走行用エンジンが停止すると自動的に電気回路を切り替えて第２コンプレッサを駆動するモータに副電池を接続し、第２コンプレッサを駆動して冷凍機の運転を継続し冷凍室の低温保持を継続するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、第１コンプレッサと並列に設けられた第２コンプレッサに接続される吸入管及び吐出管は、第１コンプレッサの低圧配管及び高圧配管からそれぞれ分岐されて接続されている。そして、低圧配管、高圧配管、吸入管及び吐出管の分岐点近傍には、第１コンプレッサあるいは第２コンプレッサが駆動される時に、冷媒の吸入、吐出の順方向に連通するようにそれぞれ逆止弁が設けられている。この逆止弁により、第１コンプレッサの駆動時には第２コンプレッサ側に冷媒やオイルを逆流させない構成としている。

特開２０００−１２７７５３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、大型の別付けモータや４個の逆止弁が必要であり、サイクル部品コストが高く、またモータ、ベルト等の広い設置場所が必要となり、システムの大型化等、幾つかの課題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、小型かつ低コストで安全性あるいは信頼性が高い電動コンプレッサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、走行用エンジンにより駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサと、凝縮器と、膨張器と、蒸発器とが冷媒配管で環状に接続された冷凍サイクルを有する車両用冷房装置において、前記エンジン駆動コンプレッサと並列に配置され、前記エンジン駆動コンプレッサが走行用エンジンの停止により非作動状態になると制御装置により制御されて作動する車両用電動コンプレッサであって、容器内の下部に圧縮メカ部が配置され、前記容器内の上部にモータ及び該モータへの通電用電極部が配置された縦型構造を有し、前記圧縮メカ部の下方には油溜め部が形成され、前記圧縮メカ部には前記容器の側面を貫通する冷媒吸入管が連結されるとともに、前記容器の上部には冷媒吐出管が設けられ、前記冷媒吸入管から吸入された冷媒ガスは前記圧縮メカ部により圧縮された後、前記圧縮メカ部に取り付けられた吐出弁より容器内に吐出され、吐出ガスは前記モータを冷却した後、前記吐出管を介して前記容器の外部に吐出されることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記吐出管には逆止機構が設けられ、該逆止機構は、冷媒ガス吐出孔を有する筐体と、該筐体の内部に取り付けられ前記冷媒ガス吐出孔を選択的に開放あるいは閉止する弁体と、該弁体を冷媒ガス吐出孔に向かって付勢する弾性手段とを有することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、冷媒としてＲ−１３４ａを使用し、冷凍サイクルに封入される冷凍機オイルとしてエステル系オイルを使用したことを特徴とする。

本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明にかかる車両用電動コンプレッサは、モータを容器に収容したいわゆるモータ内臓型コンプレッサを基本構造とすることにより、広いスペースを必要としない小型形状にすることができ、車両の比較的空いたスペースに容易に装備することができる。また、圧縮メカ部を容器内の下部に、モータを容器内の上部に配置した縦型形状を有し、吸入ガスは容器の下部の圧縮メカ部に直接吸入され、圧縮された冷媒ガスは吐出ガス空間である容器内に吐出される。また、圧縮メカ部の下部には油溜め部が形成され、高圧ガスの吐出管は容器の上部に設けられているので、車両が傾斜しても圧縮メカ部へ供給するオイルのレベル変動が少ないばかりでなく、吐出ガスによりモータを冷却することができ、オイルとガスとの分離が容易で、オイル飛び出しが少なく、安全性あるいは信頼性に優れた車両用電動コンプレッサを提供することができる。

また、吐出管に外部からのオイルや冷媒の逆流を防止する逆止機構を設けたり、冷媒としてＲ−１３４ａを使用し、冷凍サイクルに封入される冷凍機オイルとしてエステル系オイルを使用したので、容器内に侵入した液冷媒により容器の上部に設けたモータへの通電用電極部の絶縁抵抗低下を防止することができるとともに、エンジン駆動コンプレッサと電動コンプレッサの２台を交互に運転する場合でも、潤滑油が十分に確保され、安全性あるいは信頼性を向上させることができる。

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。
図１は、本発明にかかる電動コンプレッサを備えた車両用冷房装置における冷凍サイクルの模式図を示しており、同図に示されるように、車両走行用エンジン１には、ベルトを介して駆動されるコンプレッサ２が並設され、コンプレッサ２は、凝縮器３、膨張器４、蒸発器５とともに冷媒配管により環状に連結されて冷凍サイクルを構成している。エンジン１は車両を走行させるとともに、ベルトを介してコンプレッサ２を駆動し、冷凍サイクルに冷媒を圧縮して搬送する。

また、エンジン駆動コンプレッサ２には本発明にかかる電動コンプレッサ１０が並列に連結されており、電動コンプレッサ１０は、蒸発器５とエンジン駆動コンプレッサ２とを連結する吸入配管６から分岐された吸入分岐管８と、エンジン駆動コンプレッサ２と凝縮器３とを連結する吐出管７から分岐された吐出分岐管９に連結されている。

さらに、電動コンプレッサ１０は蓄電部１２からの電力供給を受けて電気的に駆動されるが、エンジン１が停止した時のみ制御装置１１により運転される。エンジン１が作動している時は、エンジン駆動コンプレッサ２のみを電磁クラッチ等を介して断続的に運転し、冷房装置として機能させる。

実施の形態１．
図２は、本発明にかかる電動コンプレッサ１０の実施の形態１の具体的構造を示しており、容器２１の中の下部に容積型の圧縮メカ部２３を、上部にモータ２２を配置し、制御装置１１から電力を供給されモータ２２に通電する為の電極部２４を容器２１の上部（例えば、上壁部の内面）に取り付けている。モータ２２はロータ２２ａとステータ２２ｂとを有し、ロータ２２ａは圧縮メカ部２３を駆動するシャフト２３aに連結され、ステータ２２ｂは容器２１の内面に固定されている。

電動コンプレッサ１０への吸入ガスは、容器２１の側面を貫通して圧縮メカ部２３に連結された吸入管２５から流入し、圧縮メカ部２３で圧縮され、吐出弁２６を通過して、圧縮メカ部２３とモータ２２との間の容器２１内に流出する。容器２１内に流出した圧縮冷媒ガスは、モータ２２のロータ２２ａとステータ２２ｂとの隙間を通過して、モータ２２を冷却しながら、オイル２９と分離される。さらに、オイル２９と分離された冷媒ガスは、容器２１の上部（例えば、上部壁）に取り付けられた吐出管２７を介して、容器２１の外へ吐出される。

なお、冷媒ガスから分離されたオイル２９は、圧縮メカ部２３の下方に設けられた油溜め部２８に収集され、容器２１内の差圧等により、圧縮メカ部２３より下方に向かって突出するオイル供給管２３ｂを介して圧縮メカ部２３に供給される。

上記構成において、モータ２２のロータ２２ａを圧縮メカ部２３に直接連結し、容器２１内に配置したことで、電動コンプレッサ１０のサイズを小さくすることができる。また、モータ２２を上部、圧縮メカ部２３を下部に設けた縦型構造とし、油溜め部２８を圧縮メカ部２３の下部に形成したので、車両が傾斜したり、車両の加減速時であっても、油溜め部２８に溜まったオイル２９のレベル変動が少なく、容器２１内のオイル分離しやすい空間（モータ２２と圧縮メカ部２３間の空間）とモータ２２のロータ２２ａ及びステータ２２ｂ間の狭い隙間を圧縮冷媒ガスが通過するように設定して、オイル２９が容器２１から流出しにくい構造にしたため、小型で低コスト、かつオイル切れの心配が少ない電動コンプレッサを提供することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明にかかる電動コンプレッサ１０の実施の形態２の構造を示しており、上述した実施の形態１の構成に加えて、さらに吐出管２７の入り口部に逆止機構４３を追加設置したものである。

図４は、逆止機構４３の詳細構造を示しており、逆止機構４３は、冷媒ガス吐出孔４２ａを有する筐体４２と、筐体４２の内部に上下動自在に取り付けられ冷媒ガス吐出孔４２ａを選択的に開放あるいは閉止する弁体４０と、弁体４０を冷媒ガス吐出孔４２ａに向かって下方に付勢するコイルスプリング等の弾性手段４１とを備えている。筐体４２の上端は吐出管２７に向かって開口しており、この開口部が吐出管２７の下端に外嵌され固定されている。

上記構成の逆止機構４３において、電動コンプレッサ１０の運転時、弁体４０は容器２１の内部と外部との差圧により弾性手段４１の付勢力に抗して上昇し、冷媒ガス吐出孔４２ａを開放するので、容器２１内の冷媒ガスは冷媒ガス吐出孔４２ａを通過して吐出管２７より吐出される。一方、電動コンプレッサ１０が運転を停止し、エンジン駆動コンプレッサ２が運転を開始すると、弁体４０は弾性手段４１の付勢力により冷媒ガス吐出孔４２ａに向かって押圧され、冷媒ガス吐出孔４２ａを閉止するので、冷媒ガスや冷凍サイクルを循環するオイルが容器内２１に流入することはない。

次に、冷凍サイクルが低温環境に長時間放置された時に発生する、いわゆる冷媒の寝込み現象について説明する。

冷媒は低温下ではガスが液化するとともに、オイルに溶け込み、電動コンプレッサ１０の容器２１内がオイルと液冷媒で充満する。この状態で電動コンプレッサ１０に通電すると、液冷媒が存在することで、電極部２４と容器２１間の絶縁抵抗が極端に低下する現象を惹起する場合もあり、漏電の心配がある。

本実施の形態においては、逆止機構４３を吐出管２７の入り口部に設けただけの簡素で安価な構成で、電動コンプレッサ１０の停止時、凝縮器３から容器２１内への冷媒の逆流が防止される。また、蒸発器５から容器２１内への冷媒の流入は圧縮メカ部２３に設けられた吐出弁２６により防止される。

実施の形態３．
本実施の形態の電動コンプレッサ１０の構造は実施の形態１の構造と同一であるが、電動コンプレッサ１０に封入される冷凍機オイルに特徴がある。

現在、車両冷房装置に用いられる冷媒ガスとしては、Ｒ−１３４ａが用いられるのが一般的であり、エンジン駆動コンプレッサの場合、冷凍機オイルはＰＡＧ系オイルが用いられるのが一般的である。一方、モータが内臓された電動コンプレッサが単独で使用される電気自動車用冷房装置の冷凍サイクルの場合、実施の形態２で説明したように電気的な絶縁抵抗低下の問題があるため、エステル系オイルが用いられている。

本発明にかかる電動コンプレッサ１０は、エンジン駆動コンプレッサ２と並列に配置されていることから、同一の冷凍機オイルでエンジン駆動コンプレッサ２及び電動コンプレッサ１０をそれぞれ運転させる場合、エステル系オイルを使用するのが好ましい。
本実施の形態によれば、エステル系オイルを冷凍機オイルとして使用することで、冷凍サイクル部品を追加することなく、信頼性あるいは安全性に優れた電動コンプレッサを提供することができる。

本発明にかかる電動コンプレッサは、小型かつ低コストで安全性あるいは信頼性が高いので、電動コンプレッサをエンジン駆動コンプレッサと並列に配置した冷凍サイクルをもつ車両用冷房装置等に適用可能である。

本発明にかかる電動コンプレッサを搭載した車両用冷房装置の全体構成を表す模式図である。 本発明にかかる電動コンプレッサの実施の形態１の構造を示す縦断面図である。 本発明にかかる電動コンプレッサの実施の形態２の構造を示す縦断面図である。 図３の電動コンプレッサに装備される逆止機構の縦断面図である。

符号の説明

１ エンジン、 ２ コンプレッサ、 ３ 凝縮器、 ４ 膨張器、 ５ 蒸発器、
１０電動コンプレッサ、 １１ 制御装置、 １２ 蓄電部、 ２１ 容器、
２２ モータ、 ２３ 圧縮メカ部、 ２４ 電極部、 ２５ 吸入管、
２６ 吐出弁、 ２７ 吐出管、 ２８ 油溜め部、 ４０ 弁体、
４１ 弾性手段、 ４２ 筐体、 ４３ 逆止機構。

Claims (3)

1. 走行用エンジンにより駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサと、凝縮器と、膨張器と、蒸発器とが冷媒配管で環状に接続された冷凍サイクルを有する車両用冷房装置において、前記エンジン駆動コンプレッサと並列に配置され、前記エンジン駆動コンプレッサが走行用エンジンの停止により非作動状態になると制御装置により制御されて作動する車両用電動コンプレッサであって、
   容器内の下部に圧縮メカ部が配置され、前記容器内の上部にモータ及び該モータへの通電用電極部が配置された縦型構造を有し、前記圧縮メカ部の下方には油溜め部が形成され、前記圧縮メカ部には前記容器の側面を貫通する冷媒吸入管が連結されるとともに、前記容器の上部には冷媒吐出管が設けられ、前記冷媒吸入管から吸入された冷媒ガスは前記圧縮メカ部により圧縮された後、前記圧縮メカ部に取り付けられた吐出弁より容器内に吐出され、吐出ガスは前記モータを冷却した後、前記吐出管を介して前記容器の外部に吐出されることを特徴とする車両用電動コンプレッサ。
2. 前記吐出管には逆止機構が設けられ、該逆止機構は、冷媒ガス吐出孔を有する筐体と、該筐体の内部に取り付けられ前記冷媒ガス吐出孔を選択的に開放あるいは閉止する弁体と、該弁体を冷媒ガス吐出孔に向かって付勢する弾性手段とを有することを特徴とする請求項１記載の車両用電動コンプレッサ。
3. 冷媒としてＲ−１３４ａを使用し、冷凍サイクルに封入される冷凍機オイルとしてエステル系オイルを使用したことを特徴とする請求項１あるいは２記載の車両用電動コンプレッサ。
   

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