JP2005188445A - ハイブリッド型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型。軽量化が可能で車両搭載性を向上でき、かつ、圧縮機の運転制御により圧縮機の寿命向上や所望の空調性能を実現可能なハイブリッド型圧縮機を提供する。
【解決手段】外部駆動源により駆動される第１圧縮機構と内蔵駆動源により駆動される第２圧縮機構とが独立に運転可能に一体的に組み込まれたハイブリッド型圧縮機であって、外部駆動源と第１圧縮機構との間の実際のドライブレシオを従来のドライブレシオよりも大きく設定するとともに、第１圧縮機構の最高回転数を機械的に決められる所定の許容回転数以下とし、かつ、第１圧縮機構の容積を従来の容積よりも小さく設定したことを特徴とするハイブリッド型圧縮機。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド型圧縮機に関し、とくに、エンジン駆動の自動車あるいはハイブリッド自動車等における車両用空調装置に組み込まれる圧縮機として好適なハイブリッド型圧縮機に関する。

二つの圧縮機構が一体的に組み込まれ、それぞれ駆動源がエンジンなどの外部駆動源と、内蔵された電動モータによる内蔵駆動源に独立して運転可能に構成されたハイブリッド型圧縮機が知られている（たとえば、特許文献１）。このハイブリッド型圧縮機においては、エンジン駆動（外部駆動源による駆動）とモータ駆動（内蔵駆動源による駆動）はそれぞれ独立しており、単独運転あるいは同時運転が可能となっている。このハイブリッド型圧縮機が車両用空調装置に組み込まれる場合、アイドリング時や定常運転時に必要な冷房能力を得るのに必要な圧縮機全体の容積（容量）を算出し、算出した圧縮機全体の容積をエンジン駆動側とモータ駆動側にそれぞれ配分した構成になっている。
特開２００３−１６１２５７号公報

上記のような圧縮機構を二つ有するハイブリッド型圧縮機では、モータ駆動側の圧縮機構の容積は、使用回転数範囲と車両側から供給される最大電力により決めることができる。さらに、冷房性能が足りない分をエンジン駆動側の圧縮機構でまかなう訳であるが、圧縮機（圧縮機構）には機械的に許容最高回転数があり、従来の使われ方で考えるとドライブレシオ（エンジン駆動側の圧縮機構とエンジンとの間のドライブレシオ）を現状より高くすることが困難であるため、エンジン駆動側の圧縮機構の容積はさほど小さくは設定できない。以上のことから、ハイブリッド型圧縮機が二つの圧縮機構と外部駆動源（エンジン）から動力を受けるクラッチ機構および内部駆動用のモータで構成されることを考えると、圧縮機が大型化、重量増となるおそれがあり、車両への搭載性が問題になるおそれがる。

そこで本発明の課題は、小型。軽量化が可能で車両搭載性を向上することができ、しかも、圧縮機の運転制御により圧縮機の寿命向上や所望の空調性能を実現可能なハイブリッド型圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド型圧縮機は、外部駆動源により駆動される第１圧縮機構と内蔵駆動源により駆動される第２圧縮機構とが独立に運転可能に一体的に組み込まれたハイブリッド型圧縮機であって、圧縮機全体の要求最大容量を、（Ａ）前記外部駆動源の最高回転数と、該外部駆動源と前記第１圧縮機構との間の、所定の仮想ドライブレシオとから求められる第１圧縮機構の仮想最大回転数と、第１圧縮機構の仮想容積との積として求められる第１圧縮機構の最大容量と、（Ｂ）内蔵駆動源の最高回転数と、前記第２圧縮機構の容積との積として求められる第２圧縮機構の最大容量との和として設定することを前提とした場合、前記外部駆動源と前記第１圧縮機構との間の実際のドライブレシオを前記仮想ドライブレシオよりも大きく設定するとともに、前記第１圧縮機構の最高回転数を機械的に決められる所定の許容回転数以下とし、かつ、前記第１圧縮機構の容積を前記仮想容積よりも小さく設定したことを特徴とするものからなる。

すなわち、前述したような従来のハイブリッド型圧縮機の最大容量は、（Ａ）外部駆動源の最高回転数と、該外部駆動源と第１圧縮機構との間の、既存のドライブレシオ（つまり、本発明における所定の仮想ドライブレシオ）とから求められる第１圧縮機構の最大回転数（つまり、本発明における仮想最大回転数）と、第１圧縮機構の容積（つまり、本発明における仮想容積）との積として求められる第１圧縮機構の最大容量と、（Ｂ）内蔵駆動源の最高回転数と、第２圧縮機構の容積との積として求められる第２圧縮機構の最大容量との和として設定されていた。本発明では、この従来仕様を前提とした場合に、外部駆動源と第１圧縮機構との間の実際のドライブレシオを前記仮想ドライブレシオよりも大きくし、第１圧縮機構の最高回転数を機械的に決められる所定の許容回転数以下とし、かつ、第１圧縮機構の容積を前記仮想容積よりも小さく設定したものである。

この本発明に係るハイブリッド型圧縮機においては、前記第１圧縮機構の回転数が前記許容回転数以下の予め定められた設定回転数以上になったとき、前記第１圧縮機構の運転を停止するようにすることが好ましい。

外部駆動源としては、たとえば車両走行用のエンジンからなり、内蔵駆動源としては、たとえば圧縮機内蔵の電動モータからなる。

この本発明に係るハイブリッド型圧縮機が車両空調装置用圧縮機からなる場合には、空調制御用に主として前記内蔵駆動源によって駆動し、冷房能力を補う場合に前記外部駆動源によって駆動するようにすることができる。また、要求冷房能力に応じて、前記第１圧縮機構の運転を停止する設定回転数を変更するようにすることもできる。

上記のような本発明に係るハイブリッド型圧縮機においては、外部駆動源による駆動側の第１圧縮機構の容積が小さくなることで駆動トルクが小さくなり、クラッチが設けられる場合にもクラッチ径を小径化できることから、圧縮機全体としての小型、軽量化をはかることができる。また、外部駆動源駆動側の第１圧縮機構が許容回転数以下の任意の設定回転数以上になると運転をオフすることで、圧縮機の破損等を防止することができる。さらに、内蔵駆動源による駆動側の第２圧縮機構主導に運転することで、冷房負荷に対する圧縮機全体の能力制御（圧縮機回転数）が容易になり、効率の高い運転が可能となる。上記の如く第１圧縮機構が所定の設定回転数以上になった場合に停止させる場合にも、そのときに内蔵駆動源による第２圧縮機構は運転されているので、冷房能力の変動は殆どなく搭乗者に不快感を与えることはない。

このように、本発明に係るハイブリッド型圧縮機によれば、外部駆動源による駆動側の第１圧縮機構の容積を従来よりも小さくすることにより、駆動トルクが小さくなりクラッチ径も小径化できることから、圧縮機全体としての小型、軽量化を達成できる。また、この第１圧縮機構が所定の設定回転数以上になると運転をオフすることにより、圧縮機が過大回転数になることを防止して圧縮機の破損等を防止することができる。さらに、内蔵駆動源による駆動側の第２圧縮機構主導に運転することにより、冷房負荷に対する圧縮機の能力制御（圧縮機回転数）が容易になり、効率の高い運転が可能となる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の適用対象となるハイブリッド型圧縮機の従来の代表的な構造を示しており、たとえば、前述の特許文献１に記載されているのと同等の構造を示している。図１において、ハイブリッド型圧縮機１は、第１圧縮機構２と第２圧縮機構３が一体的に組み込まれた構造を有し、第１圧縮機構２は固定スクロール４、可動スクロール５により、第２圧縮機構３は固定スクロール６、可動スクロール７により、それぞれ独立に（同時運転も含む）圧縮運転を行うことができるようになっている。本形態では、両圧縮機構２、３の固定スクロール４、６は背中合わせに配置された一体の部材として構成されている。吸入路８から吸入された媒体（たとえば、冷媒）は、各圧縮機構２、３の運転により圧縮され、圧縮された媒体は、吐出路９を介して吐出される。第１圧縮機構２は、外部駆動源（図示略）によって駆動され、第２圧縮機構３は内蔵駆動源（本形態では、内蔵された電動モータ１０）によって駆動される。ハイブリッド型圧縮機１が車両に搭載（たとえば、車両用空調装置用に搭載）される場合には、外部駆動源は代表的には車両走行用の原動機（とくに、エンジン）とされる。このエンジンからの駆動力が、ベルト等を介し、電磁クラッチ１１を介して、第１圧縮機構２に伝達され、第１圧縮機構２が駆動される。第２圧縮機構３は、電動モータ１０により直接駆動される。

このような構成を有するハイブリッド型圧縮機１においては、従来、圧縮機の最大容量は、（Ａ）外部駆動源の最高回転数と、該外部駆動源と第１圧縮機構２との間の、既存のドライブレシオ（つまり、本発明で言う所定の「仮想ドライブレシオ」）とから求められる第１圧縮機構２の最大回転数（つまり、本発明で言う「仮想最大回転数」）と、第１圧縮機構２の容積（つまり、本発明で言う「仮想容積」）との積として求められる第１圧縮機構２の最大容量と、（Ｂ）内蔵駆動源（電動モータ１０）の最高回転数と、第２圧縮機構３の容積との積として求められる第２圧縮機構３の最大容量との和として設定されていた。本発明では、この従来仕様を前提とした場合に、外部駆動源と第１圧縮機構２との間の実際のドライブレシオを上記仮想ドライブレシオよりも大きくし、第１圧縮機構２の最高回転数を機械的に決められる所定の許容回転数以下とし、かつ、第１圧縮機構２の容積を上記仮想容積よりも小さく設定する。

これらを、図２、図３に従来例と本発明の実施例に係る構成とを比較した状態で示す。すなわち、図２に示すように、実施例に係る第１圧縮機構２の容積が、従来例における容積よりも小さく設定され、これに伴い第１圧縮機構２の駆動トルクも小さくなるので、電磁クラッチ１１の径を小径にして、全体として小型、軽量化がはかられる。つまり、圧縮機の全長が、従来のＬ１からＬ２に短縮され、電磁クラッチ１１の径も、従来のＤ１からＤ２に減少され、圧縮機全体として小型化、軽量化される。

電磁クラッチ１１を小径化できるので、外部駆動源（エンジン）による駆動側のドライブレシオを大きくできる。このドライブレシオが大きくなると、図３に示すように、同じエンジン回転数に対し、従来例の場合よりも第１圧縮機構２の回転数（図３における圧縮機回転数）を上げることができるから、上記のように第１圧縮機構２の容積を低減しても、望ましい圧縮容量を確保することが可能になる。ただし、圧縮機には一般に機械的に決められる所定の許容回転数が存在するから、第１圧縮機構２の回転数を、破損防止の点からこの許容回転数以下に保つ必要がある。したがって、図３に示すように、第１圧縮機構２の許容回転数以下の、予め設定された所定の回転数以上になると、電磁クラッチ１１をオフとし、第１圧縮機構２の運転を停止する。圧縮機の運転を内蔵駆動源（電動モータ１０）側主導で行うことにより、つまり、空調制御用に使用する場合主として内蔵駆動源によって駆動し、冷房能力を補う場合に外部駆動源によって駆動するようにすることにより、上記第１圧縮機構２の運転を停止したときには、電動モータ１０により第２圧縮機構３が運転されているため、車内温度が急激に変化することはなく、快適性が保たれる。電動モータ１０による第２圧縮機構３の回転数は、任意に変更可能である。

上記の第１圧縮機構２の運転を停止する、予め設定される所定の回転数は、要求冷房能力に応じて変更することができる。

このように、上記実施例では、エンジン駆動側の第１圧縮機構の容積が小さくなることで駆動トルクが小さくなりクラッチ径も小径化できることから、圧縮機全体として小型軽量化をはかることができる。また、エンジン駆動側の第１圧縮機構を許容回転数以下の任意の設定回転数以上になると運転をオフすることで圧縮機の破損を防止することができる。さらに、内蔵電動モータ駆動の第２圧縮機構を主導に運転することで、冷房負荷に対する圧縮機の能力制御（圧縮機回転数）が容易になり、効率の高い運転が可能となる。

本発明に係るハイブリッド型圧縮機は、外部駆動源により駆動される第１圧縮機構と内蔵駆動源により駆動される第２圧縮機構とが独立に運転可能に一体的に組み込まれた、あらゆるハイブリッド型圧縮機に適用可能であり、とくに、本発明は車両用空調装置に使用されるハイブリッド型圧縮機に好適である。

本発明の適用対象となるハイブリッド型圧縮機の代表的な従来例を示す縦断面図である。 第１圧縮機構の容積に関して従来例と本発明の実施例とを比較して示した概念図である。 従来例と本発明の実施例とを比較して示したエンジン回転数と圧縮機回転数との関係図である。

符号の説明

１ ハイブリッド型圧縮機
２ 第１圧縮機構
３ 第２圧縮機構
４、６ 固定スクロール
５、７ 可動スクロール
８ 吸入路
９ 吐出路
１０ 内蔵駆動源としての電動モータ
１１ 電磁クラッチ

Claims (5)

1. 外部駆動源により駆動される第１圧縮機構と内蔵駆動源により駆動される第２圧縮機構とが独立に運転可能に一体的に組み込まれたハイブリッド型圧縮機であって、圧縮機全体の要求最大容量を、（Ａ）前記外部駆動源の最高回転数と、該外部駆動源と前記第１圧縮機構との間の、所定の仮想ドライブレシオとから求められる第１圧縮機構の仮想最大回転数と、第１圧縮機構の仮想容積との積として求められる第１圧縮機構の最大容量と、（Ｂ）内蔵駆動源の最高回転数と、前記第２圧縮機構の容積との積として求められる第２圧縮機構の最大容量との和として設定することを前提とした場合、前記外部駆動源と前記第１圧縮機構との間の実際のドライブレシオを前記仮想ドライブレシオよりも大きく設定するとともに、前記第１圧縮機構の最高回転数を機械的に決められる所定の許容回転数以下とし、かつ、前記第１圧縮機構の容積を前記仮想容積よりも小さく設定したことを特徴とするハイブリッド型圧縮機。
2. 前記第１圧縮機構の回転数が前記許容回転数以下の予め定められた設定回転数以上になったとき、前記第１圧縮機構の運転を停止する、請求項１のハイブリッド型圧縮機。
3. 前記外部駆動源が車両走行用のエンジンからなり、前記内蔵駆動源が圧縮機内蔵の電動モータからなる、請求項１または２のハイブリッド型圧縮機。
4. 車両空調装置用圧縮機からなり、空調制御用に主として前記内蔵駆動源によって駆動され、冷房能力を補う場合に前記外部駆動源によって駆動される、請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド型圧縮機。
5. 車両空調装置用圧縮機からなり、要求冷房能力に応じて、前記第１圧縮機構の運転を停止する設定回転数が変更される、請求項２〜４のいずれかに記載のハイブリッド型圧縮機。

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