JP2005155376A - Composite fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走行状態に応じてエンジンを停止させるいわゆるアイドルストップ車両やハイブリッド車両に搭載される冷凍サイクル装置に適用して好適な複合型流体機械に関するものである。 The present invention relates to a composite fluid machine suitable for application to a refrigeration cycle apparatus mounted on a so-called idle stop vehicle or a hybrid vehicle that stops an engine in accordance with a traveling state.
近年、省燃費の観点より、いわゆるアイドルストップ車両やハイブリッド車両が市場に投入される例が有る。これらの車両は走行状態に応じてエンジンを停止させるエンジン停止モード有しているので、車両に搭載される冷凍サイクル装置内の圧縮機として、例えば特許文献1に示されるようなモータと電磁クラッチとが一体化されたハイブリッド型圧縮機が適用されている。 In recent years, there is an example in which so-called idle stop vehicles and hybrid vehicles are put on the market from the viewpoint of fuel saving. Since these vehicles have an engine stop mode in which the engine is stopped according to the running state, as a compressor in a refrigeration cycle device mounted on the vehicle, for example, a motor and an electromagnetic clutch as shown in Patent Document 1 A hybrid compressor in which is integrated is applied.
このハイブリッド型圧縮機は、圧縮機部が斜板式の可変容量型のものであり、斜板室に斜板が収容され、斜板の先端側でシューを介してピストンが接続されている。ピストンのストロークは斜板の傾斜角度に応じて可変される。そして、ハイブリッド型圧縮機全体の小型化を考慮して、モータは斜板室内に配設されるようにしている。
しかしながら、上記従来技術においては、圧縮機の作動時に発生する機械損失、即ち斜板とシューとの間での滑り摺動損失、およびモータの作動時あるいは発電時に発生する損失によって、斜板室内の温度上昇を伴い、例えばシャフト部における斜板室と外部との封止を行う軸封装置等の信頼性が低下すると言う問題があった。 However, in the above prior art, the mechanical loss that occurs when the compressor operates, that is, the sliding and sliding loss between the swash plate and the shoe, and the loss that occurs when the motor operates or generates electricity, As the temperature rises, for example, there is a problem that the reliability of a shaft seal device or the like that seals the swash plate chamber and the outside of the shaft portion decreases.
本発明の目的は、上記問題に鑑み、回転電機部がポンプ部の吐出容量制御用の制御室に配設される場合でも制御室内の温度上昇を抑制できる複合型流体機械を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a composite fluid machine that can suppress a temperature rise in a control chamber even when the rotating electrical machine unit is disposed in a control chamber for controlling the discharge capacity of the pump unit. .
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
請求項1に記載の発明では、回転軸(111)によって回転揺動する駆動体(112)が制御室(116)に収容され、駆動体(112)に接続されるピストン(114)が往復動され、駆動体(112)の揺動量が制御されてピストン(114)のストロークを可変可能として流体を吸入吐出するポンプ部(110)と、発電機および電動機の両機能を備える回転電機部(120)とを備える複合型流体機械において、回転電機部(120)は、制御室(116)内に配設され、駆動体(112)の中間部にはベアリング(112c、112d)が介在されて、ピストン(114)と接続される先端部(112b)側は、揺動しつつ非回転となるようにしたことを特徴としている。 In the first aspect of the present invention, the driving body (112) that is rotated and swung by the rotating shaft (111) is accommodated in the control chamber (116), and the piston (114) connected to the driving body (112) is reciprocated. Then, the swinging amount of the driving body (112) is controlled to change the stroke of the piston (114) so that the fluid is sucked and discharged, and the rotating electrical machine portion (120) having both functions of a generator and an electric motor. ), The rotating electrical machine part (120) is disposed in the control chamber (116), and bearings (112c, 112d) are interposed in the middle part of the driving body (112). The tip (112b) connected to the piston (114) is non-rotating while swinging.
これにより、駆動体(112)の先端部(112b)とピストン(114)との間における回転方向の滑り摺動損失を低減することができるので、制御室(116)における温度上昇を抑制することができる。よって、回転電機部(120)を制御室(116)内に配設して複合型流体機械(100)の小型化を図りつつも、例えば回転軸(111)における制御室(116)内と外部とを封止する軸封装置(140)等の信頼性を向上することができる。 As a result, the sliding sliding loss in the rotational direction between the tip (112b) of the drive body (112) and the piston (114) can be reduced, thereby suppressing the temperature rise in the control chamber (116). Can do. Therefore, while the rotating electrical machine section (120) is disposed in the control chamber (116) to reduce the size of the composite fluid machine (100), for example, the inside and outside of the control chamber (116) in the rotating shaft (111). The reliability of the shaft seal device (140) or the like that seals can be improved.
駆動体(112)としては、請求項2に記載の発明のように、制御室(116)内の圧力によって回転軸(111)に対して傾斜角可変に回転揺動する斜板(112)とするのが好ましく、容易に対応が可能となる。 The driving body (112) includes a swash plate (112) that rotates and swings with respect to the rotation shaft (111) in a variable manner with respect to the rotation shaft (111) by the pressure in the control chamber (116). It is preferable to do so, and it is possible to easily cope with it.
そして、駆動体(112)を斜板(112)とした場合は、請求項3に記載の発明のように、ピストン(114)は、斜板(112)に対してシュー(113)あるいはボールジョイント(113a)を介して接続させると良い。 When the driving body (112) is a swash plate (112), the piston (114) is a shoe (113) or a ball joint with respect to the swash plate (112). It may be connected via (113a).
請求項4に記載の発明では、回転電機部(120)は、駆動体(112)の外周部に配置されたことを特徴としている。 The invention according to claim 4 is characterized in that the rotating electrical machine part (120) is arranged on the outer peripheral part of the drive body (112).
これにより、回転軸方向の寸法を短縮して更に複合型流体機械の小型化が可能となる。 As a result, the size in the direction of the rotation axis can be shortened to further reduce the size of the composite fluid machine.
尚、請求項5に記載の発明のように、回転電機部(120)は、車両の走行用エンジン(10)の駆動力を受けて車両の主発電機として作動可能となるようにしても良い。 As in the fifth aspect of the present invention, the rotating electrical machine section (120) may be operable as a main generator of the vehicle by receiving the driving force of the traveling engine (10) of the vehicle. .
また、請求項6に記載の発明のように、回転電機部(120)は、外部電源(20)の電力を受けて電動機として車両の走行用エンジン(10)を始動可能とするようにしても良く、更に機能の拡大ができる。 Further, as in the invention described in claim 6, the rotating electrical machine section (120) receives the electric power from the external power supply (20) and can start the traveling engine (10) of the vehicle as an electric motor. It is good and the function can be expanded.
また、請求項7に記載の発明のように、回転電機部(120)をポンプ部(110)に接続して、外部電源(20)の電力を受けて電動機としてポンプ部(110)を駆動可能となるようにしても良く、複合型流体機械(100)を電動ポンプとして使用することができる。 Further, as in the seventh aspect of the invention, the rotating electrical machine part (120) can be connected to the pump part (110), and the pump part (110) can be driven as an electric motor by receiving power from the external power source (20). The composite fluid machine (100) can be used as an electric pump.
また、請求項8に記載の発明のように、ポンプ部(110)は、車両の走行用エンジン(10)の駆動力を受けて駆動可能となるようにしても良い。 Further, as in the invention described in claim 8, the pump unit (110) may be driven by receiving the driving force of the vehicle traveling engine (10).
更に、請求項9に記載の発明のように、ポンプ部(110)は、車両の冷凍サイクル装置(200)内の冷媒を吸入圧縮する圧縮機部(110)として用いて好適である。 Furthermore, as in the ninth aspect of the invention, the pump part (110) is suitable for use as a compressor part (110) for sucking and compressing refrigerant in the refrigeration cycle apparatus (200) of the vehicle.
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment description mentioned later.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図4に示し、まず、具体的な構成について図1、図2を用いて説明する。図1に示すように、第1実施形態では本発明の複合型流体機械を、走行運転中一時停車した時に走行用エンジン(以下、エンジン)10が停止されるいわゆるアイドルストップ車両に搭載される冷凍サイクル装置200に適用されるハイブリッドコンプレッサ100としている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 to FIG. 4, and first, a specific configuration will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, in the first embodiment, the composite fluid machine of the present invention is mounted on a so-called idle stop vehicle in which a traveling engine (hereinafter referred to as an engine) 10 is stopped when the vehicle is temporarily stopped during traveling operation. The
ここで、冷凍サイクル装置200は、周知の冷房用装置であり、後述するハイブリッドコンプレッサ100を構成する圧縮機部110が配設されている。圧縮機部110は、この冷凍サイクル装置200内の冷媒を高温高圧に圧縮するものであり、以下、圧縮された冷媒を凝縮液化する凝縮器210、液化された冷媒を断熱膨張させる膨張弁220、膨張した冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により自身を通過する空気を冷却する蒸発器(冷房用熱交換器)230が冷媒配管240によって順次接続され閉回路を形成している。
Here, the
ハイブリッドコンプレッサ100は、図2に示すように、フロントハウジング101、ミドルハウジング102、リヤハウジング103によって形成されるハウジング101A内に圧縮機部110、モータジェネレータ部120が収容され、シャフト111の先端側に電磁クラッチ130が設けられたものであり、以下、その詳細について説明する。
As shown in FIG. 2, the
圧縮機部(本発明のポンプ部に対応)110は、吐出量として1回転当りの吐出容量が後述する圧力制御弁119によって可変されるものであり、ここでは周知の斜板式の可変容量型圧縮機部としている。
The compressor section (corresponding to the pump section of the present invention) 110 has a discharge capacity per rotation that is variable by a
フロントハウジング101およびミドルハウジング102にそれぞれ固定された軸受け111a、111bによって回転可能に支持されるシャフト(本発明の回転軸に対応)111には、斜板(本発明の駆動体に対応)112が設けられている。この斜板112は主に本体部を成す駆動斜板112aと外周側部材と成る揺動斜板(本発明の先端部に対応)112bとから成り、フロントハウジング101とミドルハウジング102とによって形成される斜板室(本発明の制御室)116内に収容されている。
A shaft (corresponding to the rotating shaft of the present invention) 111 rotatably supported by
駆動斜板112aには、長孔112fを有するブラケット112eが一体で形成されており、長孔112fには後述するロータ部121の支持アーム121bのピン121cが嵌入されてヒンジ機構を形成している。このヒンジ機構によって斜板112(駆動斜板112a)はロータ部121に接続され、シャフト111と共に回転し、シャフト111に対して垂直に近い位置から、本図に示されるような最大傾斜位置まで傾斜できるようになっている。
A
揺動斜板112bの外周側には、一対のシュー113を介して複数のピストン114が揺動可能に連結されており、ピストン114はミドルハウジング102に穿設されたシリンダボア115内を往復動するようにしている。
A plurality of
ここで本発明の第1の特徴部として、斜板112において、分割された駆動斜板112aと揺動斜板112bとの間(本発明の中間部に対応)には、ラジアルベアリング(本発明のベアリングに対応)112cおよびスラストベアリング(本発明のベアリングに対応)112dが介在されるようにしている。即ち、ラジアルベアリング112cは、斜板112の半径方向に介在されて、揺動斜板112bは駆動斜板112aに対して回転可能となるようにしている。また、スラストベアリング112dは、斜板112の回転軸方向に介在されて、ピストン114からの圧縮反力を受けつつも駆動斜板112aに対する揺動斜板112bの回転を可能としている。
Here, as a first characteristic part of the present invention, in the
ミドルハウジング102にはバルブプレート104を介してリヤハウジング103が設けられており、リヤハウジング103内は、吸入室117と吐出室118とに区画されている。吸入室117は、バルブプレート104に設けられた吸入ポート117aによってシリンダボア115内と連通しており、また、シリンダボア115内はバルブプレート104に設けられた吐出ポート118aによって吐出室118と連通している。吸入ポート117aおよび吐出ポート118aには図示しない吸入弁および吐出弁が設けられおり、ピストン114の往復動による冷媒の吸入、圧縮、吐出が行われるようにしている。尚、吸入室117は冷凍サイクル装置200の蒸発器230と接続されており、また吐出室118は冷凍サイクル装置200の凝縮器210に接続されている。
The
そして、リヤハウジング103には、斜板室116内の圧力Pcを制御する圧力制御弁119が設けられている。圧力制御弁119内にはコイルへの通電によって摺動する弁体が設けられている。また、吐出室118と斜板室116との間には、弁体を介して連通する連通路(図示せず)が設けられており、更に斜板室116と吸入室117との間には排気通路(図示せず)が設けられている。そして、弁体が摺動されることによって連通路の弁開度が可変され、吐出室118および斜板室116間の連通あるいは遮断が行なわれるようにしている。
The
圧力制御弁190の弁体によって連通路が開く側に保持されると、吐出室118の圧力Pdが斜板室116内に分配され、斜板室116内の圧力Pcが高められる。すると、斜板112はシャフト111に対して垂直に立ち上がる位置となってピストン114のストロークを小さくして吐出容量を小さくする。
When the communication passage is held on the opening side by the valve body of the pressure control valve 190, the pressure Pd in the
一方、弁体によって連通路が閉じる側となると、吐出室118から斜板室116への圧力の分配が停止される。その反面、排気通路を通して斜板室116から吸入室117に圧力が抜ける形となり、斜板室116内の圧力Pcが低下する。すると、斜板112の傾斜角度は図2に示すような最大側の傾斜位置となりピストン114のストロークを大きくして吐出容量を大きくする。
On the other hand, when the communication passage is closed by the valve body, the pressure distribution from the
尚、軸受け111aとシャフト111の先端側との間には、斜板室116内の冷媒がハウジング101Aの外部に漏れるのを防止するための軸封装置140が設けられている。
A
モータジェネレータ部(本発明の回転電機部に対応)120は、ロータ部121とステータ部122とから成る。ロータ部121は、シャフトに固定された円板状のロータ本体部121aの外周部にマグネット(永久磁石)121dが設けられたものであり、上記したように、ロータ本体部121aに設けられた支持アーム121bおよびピン121cによって斜板112と接続されている。また、ステータ部122は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、マグネット121dの更に外周側に配置され、フロントハウジング101の内周面に固定されている。
The motor generator unit (corresponding to the rotating electrical machine unit of the present invention) 120 includes a
このように本発明の第2の特徴部として、モータジェネレータ部120は、斜板室116内に配設されると共に、斜板112の外周部に配置されるようにしている。
As described above, as the second characteristic part of the present invention, the
そして、このモータジェネレータ部120は、外部のインバータ30(図1)によってバッテリ(本発明の外部電源に対応)20(図1)からの電力がステータ部122に供給された場合には、ロータ部121を回転させて圧縮機部110を駆動する電動機として作動し、ロータ部122を回転させるトルクが入力された場合には電力を発生させてインバータ30を介してバッテリ20に充電する発電機として作動する。
When the electric power from the battery (corresponding to the external power source of the present invention) 20 (FIG. 1) is supplied to the
電磁クラッチ130は、ベルト11(図1)を介してエンジン10からの動力を受けるプーリ部131、磁界を発生させる励磁コイル132、および励磁コイル132により誘起された磁界による電磁力により変位するフリクションプレート133等から成る。
The
尚、プーリ部131は、フロントハウジング101の先端側に固定されたプーリ軸受け131aによって回転可能に支持されており、励磁コイル132は、フロントハウジング101に固定されている。また、フリクションプレート133は、シャフト111の先端側に固定されている。
The
電磁クラッチ130は、エンジン10側と圧縮機部10側とを繋ぐ時(電磁クラッチON)は、励磁コイル132に通電し、エンジン10側と圧縮機部110側とを切り離す時(電磁クラッチOFF)は、励磁コイル132への通電を遮断する。
When the
次に、上記構成に基づくハイブリッドコンプレッサ100の作動および作用効果について図3、図4を用いて説明する。
Next, the operation and effect of the
車両がエンジン10によって走行中の場合(図3中のア)、冷凍サイクル装置200が作動状態(エアコンON)にあると、電磁クラッチ130はON状態にされ(図3中のイ)、圧縮機部110は、エンジン10の駆動力によって作動する。この時、冷凍サイクル装置200の必要冷房能力に応じて、圧力制御弁119によって斜板室116内の圧力Pcが制御されて、斜板112の傾斜角度が可変されて冷媒の吐出容量が可変される。また、モータジェネレータ部120は、エンジン10の駆動力を受けて、ロータ部121が回転し、車両の主発電機として作動する(図3中のウ)。発電された電力はインバータ30を介してバッテリ20に充電される。
When the vehicle is running by the engine 10 (a in FIG. 3), when the
次に、車両が一時停止し、エンジン10が停止された場合は(図3中のエ)、電磁クラッチ130はOFF状態にされ(図3中のオ)、更に、モータジェネレータ部120は、バッテリ20の電力を受けて、電動機として作動し(図3中のカ)、圧縮機部110を作動させる。この時、上記と同様に冷凍サイクル装置200の必要冷房能力に応じて、圧力制御弁119によって斜板室116内の圧力Pcが制御されて、斜板112の傾斜角度が可変されて冷媒の吐出容量が可変される。
Next, when the vehicle is temporarily stopped and the
更に、車両が一時停止から通常走行に移る場合は、電磁クラッチ130がON状態にされ(図3中のキ)、更にモータジェネレータ部120は電動機として作動し(図3中のク)、エンジン10を始動させる(図3中のケ)。そして、再び圧縮機部110は、エンジン10の駆動力によって作動され、またモータジェネレータ部120は主発電機として作動されることになる(図3中のコ)。
Further, when the vehicle shifts from the temporary stop to the normal travel, the
このように、本ハイブリッドコンプレッサ100においては、エンジン10の駆動力を用いた圧縮機部110による冷媒の圧縮、モータジェネレータ部120での発電によるバッテリ20への充電、また、エンジン10停止時におけるモータジェネレータ部120による圧縮機部110の作動、エンジン10の始動等の多くの機能を有している。
As described above, in the
ところで従来技術においては、冒頭の課題の項で説明したように、圧縮機部110が作動する時には、斜板とシューとの間における回転方向の滑り摺動損失(図4中のa)が発生していた。尚、滑り摺動損失は、圧縮機部110の回転数に伴って増加する。更に、圧縮機部110の作動時に共に作動するモータジェネレータ部120にも発電損失(図4中のb)が発生し、モータジェネレータ部120を斜板室116内に配設した場合には、斜板室116内は滑り摺動損失aと発電損失bとを合わせたトータル損失(図4中のc)に伴う発熱によって温度上昇し、例えば軸封装置140等の信頼性低下に繋がっていた。
By the way, in the prior art, as explained in the section of the problem at the beginning, when the
しかしながら、本発明においては、斜板112を駆動斜板112aと揺動斜板112bとに分割し、両斜板112a、112b間にベアリング112c、112dを介在させることで、揺動斜板112bは、回転揺動する駆動斜板112aに対して、揺動運動のみを行い、ピストン114を往復動させつつ、揺動斜板112b自身は非回転とすることができるので、揺動斜板112bとピストン114(シュー113)との間における滑り摺動損失を図4中の白矢印のようにaからdに低減することができ、発電損失bを加えたトータル損失(図4中のe)を図4中の黒矢印のように低減することができる。よって、斜板室116における温度上昇を抑制することができ、モータジェネレータ部120を斜板室116内に配設してハイブリッドコンプレッサ100の小型化を図りつつも、軸封装置140等の信頼性を向上することができる。
However, in the present invention, the
尚、通常圧縮機部110の高回転側においては、滑り摺動損失aと発電損失bとを合わせたトータル損失cにおける滑り摺動損失aの占める割合が大きくなるので、本発明による滑り摺動損失dの低減度合いが大きく得られ、トータル損失eとして従来の圧縮機部110単独での滑り摺動損失aよりも小さくでき得る作動域が得られる。
On the high rotation side of the
また、補足的に、斜板室116内の温度低減に伴って、近接する吸入室117における吸入冷媒の温度上昇も抑制できるので、冷媒圧縮時における体積効率の低下を抑制できる。
In addition, as the temperature in the
更に、本発明においては、モータジェネレータ部120を斜板112の外周部に配置するようにしているので、シャフト方向の寸法を短縮して更にハイブリッドコンプレッサ100の小型化を可能としている。
Furthermore, in the present invention, since the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図5に示す。第2実施形態は、上記第1実施形態に対して、斜板112とピストン114との接続構造を変更したものである。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the second embodiment, the connection structure between the
ここでは、上記第1実施形態の斜板112の揺動斜板112bを揺動板112b1としており、ボールジョイント113aによってピストン114と接続するようにしている。
Here, the swinging
これにより、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 Thereby, the effect similar to the said 1st Embodiment can be acquired.
(その他の実施形態)
上記第1、第2実施形態においては電磁クラッチ130を有し、エンジン10の駆動力も活用できるものとして説明したが、電磁クラッチ130を廃止して、圧縮機部110とモータジェネレータ部120とから成るいわゆる電動コンプレッサとしても良い。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, the
この場合は、斜板室116は滑り摺動損失にモータジェネレータ部120の電動機としての作動損失が加わった温度上昇を受けることになるが、滑り摺動損失の低減によりその温度上昇を抑制できる。
In this case, the
また、対象とする車両は、アイドルストップ車両に限らず、走行用エンジンおよび走行用モータを有し、例えば両者の使い分けによって走行されるハイブリッド車両に適用しても良い。 Further, the target vehicle is not limited to the idle stop vehicle, and may be applied to a hybrid vehicle that has a traveling engine and a traveling motor and travels by using both appropriately, for example.
10 走行用エンジン
20 バッテリ(外部電源)
100 ハイブリッドコンプレッサ(複合型流体機械)
110 圧縮機部(ポンプ部)
111 シャフト(回転軸)
112 斜板(駆動体)
112b 揺動斜板(先端部).
112c ラジアルベアリング(ベアリング)
112d スラストベアリング(ベアリング)
113 シュー
113a ボールジョイント
114 ピストン
116 斜板室(制御室)
120 モータジェネレータ部(回転電機部)
200 冷凍サイクル装置
10
100 Hybrid compressor (composite fluid machine)
110 Compressor part (pump part)
111 Shaft (Rotating shaft)
112 Swash plate (Driver)
112b Oscillating swash plate (tip).
112c Radial bearing (bearing)
112d Thrust bearing (bearing)
113
120 Motor generator part (Rotating electrical machine part)
200 Refrigeration cycle equipment
Claims (9)
発電機および電動機の両機能を備える回転電機部(120)とを備える複合型流体機械において、
前記回転電機部(120)は、前記制御室(116)内に配設され、
前記駆動体(112)の中間部にはベアリング(112c、112d)が介在されて、前記ピストン(114)と接続される先端部(112b)側は、揺動しつつ非回転となるようにしたことを特徴とする複合型流体機械。 A drive body (112) that is rotated and oscillated by a rotation shaft (111) is accommodated in a control chamber (116), and a piston (114) connected to the drive body (112) is reciprocated to move the drive body (112). A pump unit (110) for controlling the amount of oscillation of the piston (114) to change the stroke of the piston (114) and sucking and discharging the fluid;
In a composite fluid machine including a rotating electrical machine unit (120) having both functions of a generator and an electric motor,
The rotating electrical machine part (120) is disposed in the control room (116),
Bearings (112c, 112d) are interposed in the middle part of the driving body (112), and the tip part (112b) side connected to the piston (114) is made non-rotating while swinging. A composite fluid machine characterized by the above.
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JP2003392566A JP2005155376A (en) | 2003-11-21 | 2003-11-21 | Composite fluid machine |
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