JP2006283683A

JP2006283683A - ハイブリッド圧縮機

Info

Publication number: JP2006283683A
Application number: JP2005105736A
Authority: JP
Inventors: Hideki Matsumura; 英樹松村
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19
Also published as: US20090060754A1; WO2006106814A1; EP1865200A4; CN101147003A; EP1865200A1; CA2601848A1

Abstract

【課題】内蔵電動モータ部を吸入ガスにより、より広い範囲にわたって適切に冷却でき、モータ部の温度上昇を適切に抑制可能なハイブリッド圧縮機の構造を提供する。
【解決手段】外部駆動源のみにより駆動される第１圧縮機構および内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構と、被圧縮ガスの第１圧縮機構への吸入通路と、第１圧縮機構側から電動モータ側吸入室へガスを吸入する連通路と、電動モータ側吸入室から第２圧縮機構側へガスを吸入する吸入路とを備えたハイブリッド圧縮機において、電動モータ側吸入室に連通路を介して吸入されてきたガスの少なくとも一部に対し、連通路の電動モータ側吸入室への開口である連通口から、吸入路の電動モータ側吸入室での開口であり前記連通口とは反対側に位置する吸入口へのガス流れが形成されるよう、連通路または吸入路の位置または数、または、連通口または吸入口の位置または数を制限したことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、車両用空調装置等に使用される、外部駆動源により駆動される第１圧縮機構と内蔵電動モータにより駆動される第２圧縮機構とが一体的に組み込まれたハイブリッド圧縮機に関し、とくに、モータ部をより効果的に冷却できるようにしたハイブリッド圧縮機の構造に関する。

本出願人は、この種のハイブリッド圧縮機について、各種の提案を行ってきた（例えば、特許文献１）。従来のハイブリッド圧縮機は、例えば図１に示すような構造を有している。図１に示したハイブリッド圧縮機１はスクロール型の圧縮機からなり、第１圧縮機構２と第２圧縮機構３とを備えている。第１圧縮機構２は、固定スクロール１０と、固定スクロール１０とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット）１２を形成する可動スクロール１１と、可動スクロール１１に係合して可動スクロール１１を旋回運動させる駆動軸１３と、外部駆動源としての車両走行用の原動機（図示略）からの駆動力がベルトを介して伝達されるプーリ１４と駆動軸１３との間の駆動力伝達をオン、オフする電磁クラッチ１５と、可動スクロール１１の自転を阻止するボールカップリング１６と、ケーシング１７に形成された吸入ポート１８とを備えている。吸入ポート１８から吸入通路１９を通して吸入室２０へと吸入された被圧縮ガス（たとえば、冷媒ガス）は、作動空間１２内に取り込まれ、作動空間１２が体積を減少させつつ固定スクロール１０の中心へ向けて移動されることにより、作動空間１２内の冷媒ガスが圧縮される。固定スクロール１０の中央部には吐出穴２１が形成されており、圧縮された冷媒ガスは吐出穴２１、吐出通路２２、吐出ポート２３を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出される。

一方、第２圧縮機構３は、固定スクロール３０と、固定スクロール３０とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット）３２を形成する可動スクロール３１と、可動スクロール３１に係合して可動スクロール３１を旋回運動させる駆動軸３３と、可動スクロール３１の自転を阻止するボールカップリング３４とを備えている。この第２圧縮機構３の駆動軸３３を駆動するために、電動モータ３５が内蔵されている。電動モータ３５は、駆動軸３３に固定された回転子３６と、モータコイル部を備えたステータ３７とを有しており、ステータ３７は、ステータハウジング３８に、または圧縮機ハウジングの一部として形成されたステータハウジング３８に固定されるとともに、電動モータ３５全体がステータハウジング３８内に収納されている。電動モータ３５へは、給電部５０を介して給電される。この第２圧縮機構３においては、吸入ポート１８から第１圧縮機構２の吸入室２０へと吸入された被圧縮ガス（たとえば、冷媒ガス）が、連通路３９を通して第２圧縮機構３の吸入室４０および電動モータ３５部分（電動モータ側吸入室）に吸入され、第２圧縮機構３の吸入室４０に吸入されたガスは作動空間３２内に取り込まれ、作動空間３２が体積を減少させつつ固定スクロール３０の中心へ向けて移動されることにより、作動空間３２内の冷媒ガスが圧縮される。固定スクロール３０の中央部には吐出穴４１が形成されており、圧縮された冷媒ガスは吐出穴４１、吐出通路４２を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出される。

第１圧縮機構２の固定スクロール１０と第２圧縮機構３の固定スクロール３０とは背中合わせに配設されており、かつ、両固定スクロール１０、３０は一体化された固定スクロール部材４３として形成されている。この例では、この固定スクロール部材４３に連通路３９が形成されている。

ハイブリッド圧縮機１の第１圧縮機構２のみが稼働される場合には、第２圧縮機構３を駆動する電動モータ３５には電力は供給されず、電動モータ３５は回転しない。従って第２圧縮機構３は作動しない。ハイブリッド圧縮機１が電動モータ３５のみにより駆動される場合には、電動モータ３５がオンされて回転し、電動モータ３５の回転が第２圧縮機構３の駆動軸３３へ伝達され、駆動軸３３により可動スクロール３１が旋回駆動される。このとき、第１圧縮機構２の電磁クラッチ１５には通電されず、第１駆動源としての車両用原動機の回転は第１圧縮機構２へは伝達されない。従って第１圧縮機構２は作動しない。両圧縮機構２、３が同時駆動される場合には、車両用原動機からの駆動力が第１圧縮機構２の可動スクロール１１に伝達されるとともに、電動モータ３５がオンされてその駆動力が第２圧縮機構３の可動スクロール３１に伝達される。

このように構成されたハイブリッド圧縮機１においては、冷房負荷等に応じて、第１圧縮機構２、第２圧縮機構３の切り替えや同時運転の制御が行われる。例えば、車室内側で大きな冷房能力を必要としない軽負荷状態では、容量の小さいモータ側（つまり、第２圧縮機構３側）単独運転又は、モータ側に対し容量の大きい外部駆動源側（つまり、第１圧縮機構２側）が低回転かつモータ運転する同時運転モードで運転される。モータ運転は、例えば、専用の駆動制御回路から指令に基づき、モータに高電圧部からのパルス電圧をduty制御印加することにより、回転数を制御し運転される。モータコイル部は抵抗をもっており、抵抗に電流が流れることになり、モータコイル部では発熱する。冷媒がコイル部を通過する、或いは、モータコイル部からステータハウジング側へ伝熱し、ステータハウジングから大気等への放熱により、モータコイル部が冷却されることになる。モータコイル部の温度は、前述の発熱量と放熱量のバランスに依存し決定される。そして、モータ側（第２圧縮機構３側）単独運転又は、第１圧縮機構２側が低回転かつ第２圧縮機構３も運転する同時運転モードでは、モータコイル部の発熱量が放熱量を上回る状況（例えば、夏場の高速道路走行からパーキングエリアでのアイドル停車状態になった場合など）では、モータコイル部許容温度を超えるおそれがあり、最悪の場合、モータの起動に支障を来すおそれもある。したがって、モータコイル部を含むモータ部は、許容温度を超えないように適切に冷却される必要がある。

上記のように、とくにモータ部の冷却性能向上の観点から、上記連通路を介して吸入される冷媒を、電動モータ側吸入室へ吸入させ、そこから第２圧縮機構３の吸入室４０に吸入するようにした構造が知られている。例えば図２に示すように、吸入通路１９を介して第１圧縮機構２の吸入室２０に吸入される冷媒を、電動モータ側吸入室５１まで延設した連通路５２（図１の連通路３９に対応する連通路）を介して電動モータ側吸入室５１内に吸入させ、該冷媒がモータ３５近傍を通過することで該冷媒をモータ冷却に使用し、そこから吸入路５３を介して第２圧縮機構３の吸入室４０に吸入させるようにした構造である。

この図２に示したような冷媒によるモータ部冷却構造においては、各部材は、例えば図３〜図６に示すように構成されていた。図３、図４は、電動モータ側吸入室５１と第２圧縮機構３との間に設けられるセンタープレート５４の一例を示しており、このセンタープレート５４に、電動モータ側吸入室５１への開口としての連通口５５を有する連通路５２と、電動モータ側吸入室５１への開口としての吸入口５６を有する吸入路５３が設けられている。連通口５５および吸入口５６は、図４に示すように、ほぼ全周にわたるように配設されている。

また、図５、図６は、第１圧縮機構２の固定スクロールと第２圧縮機構３の固定スクロールが背中合わせに一体に構成された固定スクロール部材５７の一例を示しており、この固定スクロール部材５７に、図６に示すように、周方向にわたって連通路５２が設けられている。なお、図６における５８は、周方向に４箇所設けられたボルト穴を示している。

ところが、図３〜図６に示すような構成を有する従来のハイブリッド圧縮機においては、図２に矢印で示すように、第１圧縮機構２の吸入室２０側から連通路５２、連通口５５を通して電動モータ側吸入室５１に吸入された冷媒ガスは、その連通口５５に対し最短の位置にある吸入口５６へと吸入されやすく、そこから吸入路５３を介して第２圧縮機構３の吸入室４０に吸入される。したがって、これら連通口５５、吸入口５６から離れた位置では、電動モータ側吸入室５１内において冷媒ガスが滞ってしまうおそれがった。その結果、これら連通口５５、吸入口５６から離れた位置にあるモータ部分は吸入ガスで十分に冷却されなくなり、過熱するおそれがあった。
特開２００４−２７８３８９号公報

そこで本発明の課題は、内蔵電動モータ部を吸入ガスにより、より広い範囲にわたってより適切に冷却でき、モータ部の温度上昇をより適切に抑制可能な、さらに、それによってモータの運転可能範囲の拡大も可能なハイブリッド圧縮機の構造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圧縮機は、外部駆動源のみにより駆動されるスクロール型の第１圧縮機構および内蔵電動モータのみにより駆動されるスクロール型の第２圧縮機構と、被圧縮ガスの第１圧縮機構への吸入通路と、第１圧縮機構側から電動モータ側吸入室へガスを吸入する連通路と、電動モータ側吸入室から第２圧縮機構側へガスを吸入する吸入路とを備えたハイブリッド圧縮機において、前記電動モータ側吸入室に前記連通路を介して吸入されてきたガスの少なくとも一部に対し、前記連通路の前記電動モータ側吸入室への開口である連通口から、前記吸入路の前記電動モータ側吸入室での開口であり前記連通口とは反対側に位置する吸入口へのガス流れが形成されるよう、前記連通路または／および前記吸入路の位置または／および数、または／および、前記連通口または／および前記吸入口の位置または／および数を制限したことを特徴とするものからなる。

このハイブリッド圧縮機においては、上記連通口が、上記電動モータ側吸入室において一方側の位置にのみ設けられており、上記吸入口が上記電動モータ側吸入室において前記一方側の位置とは反対側の位置にのみ設けられている構成とすることができる。

また、上記連通路と前記連通口および前記吸入路と前記吸入口が、それぞれ複数設けられている構成とすることができる。

また、上記電動モータ側吸入室と前記第２圧縮機構との間にセンタープレートが設けられており、該センタープレートに上記連通口および上記吸入口が形成されている構成とすることもできる。

また、上記第１圧縮機構の固定スクロールと上記第２圧縮機構の固定スクロールが共通の固定スクロール部材に一体的に形成されており、該固定スクロール部材に上記連通路の一部が形成されている構成とすることもできる。

なお、上記外部駆動源としては、車両走行用の原動機（内燃機関等のエンジン、電気自動車等の場合の車両走行用電動機の両方を含む）を適用できる。また、上記被圧縮ガスとしては冷媒を使用できる。

上記のような本発明に係るハイブリッド圧縮機においては、電流印加に伴う発熱により内蔵電動モータ、とくにそのコイル部に温度上昇が生じる際、モータ部の過大な温度上昇が次のように適切に抑制される。すなわち、前述したような従来構造では、電動モータ側吸入室への連通口から最短距離に位置する吸入口へと吸入ガスが流れやすかったため、両口から離れた位置にあるモータ部分では吸入ガスが滞りやすく該モータ部分が冷却されにくくなって、過熱するおそれがあった。しかし本発明では、連通路、とくに連通口と、吸入路、とくに吸入口とを互いに反対側に位置するように配置することにより、連通口から吸入口へと流れる吸入ガスが必然的に滞ることなく広い範囲にわたって流れることとなり、モータが広い範囲にわたって良好に冷却されて、過熱の発生が防止される。また、モータが広い範囲にわたって適切に冷却される結果、モータの運転可能範囲も拡大されることになる。

このように、本発明に係るハイブリッド圧縮機によれば、冷却用の吸入ガスを滞ることなく電動モータ側吸入室内の広い範囲にわたって流すことができ、モータを全体にわたって適切に冷却して、モータ運転時におけるモータの温度上昇を低く抑えることができる。したがって、モータ過熱に伴う不都合の発生を回避できるとともに、モータの運転可能範囲を拡大することができる。

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７は、本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機の構成を、前述の図２に対応させた形で示したものである。図７に示したハイブリッド圧縮機の基本構成は、図１、図２に示した構成に準じるので、図１、図２に示した部位と実質的に同一の構成を有する部位には、図１、図２と同一の符号を付すことにより説明を省略する。以下、図１、図２に示した構成とは異なる点を主体に説明する。なお、図７における矢印は、モータ運転時における冷媒ガスの流れの一例を示している。

図７において、図２に示した構造と異なるところは、吸入通路１９から第１圧縮機構２の吸入室２０に吸入された被圧縮ガス（本実施態様では、圧縮前の低温の冷媒ガス）を電動モータ側吸入室５１へと吸入させる連通路６１または／およびその電動モータ側吸入室５１への開口である連通口６２、または／および、電動モータ側吸入室５１から第２圧縮機構３の吸入室４０への冷媒ガスの吸入路６３または／およびその電動モータ側吸入室５１への開口である吸入口６４が、電動モータ側吸入室５１内において互いに離れた位置に、とくに、互いに反対側の位置にそれぞれ配置されていることである。

例えば図８に、前述の図６に対応させて、本実施態様における固定スクロール部材６５の一例を示すように、図８における上側のみに連通路６１が設けられており、図８における下側および横側であって、図６においては連通路５２が設けられていた部位６６に対しては、連通路６１が設けられていない。つまり、図６に示した連通路５２の配設構造において、これらの部位６６では連通路５２を廃止したものである。この連通路６１の配置に伴い、その電動モータ側吸入室５１への開口である連通口６２もまた、図８における上側に対応する位置にのみ設けられ、部位６６に対応する位置には設けられない。

そして、例えば図９に、前述の図４に対応させて、本実施態様におけるセンタープレート６７の一例を示すように、図９における下側のみに吸入口６８および吸入路６９が設けられており、図９における上側であって、図４においては吸入口５６および吸入路５３が設けられていた部位７０に対しては、吸入口６８および吸入路６９が設けられていない。つまり、図４に示した吸入口５６および吸入路５３の配設構造において、これらの部位７０では吸入口５６および吸入路５３を廃止したものである。

このように、電動モータ側吸入室５１に対し、とくに連通口６２と吸入口６８の位置または／および数を制限し、とくに互いに反対側に位置させることにより、連通口６２から吸入されて吸入口６８へと流れる電動モータ側吸入室５１内の冷媒ガスの流れは、図７に示したように、滞ることなく、広い範囲にわたって流れることとなる。

その結果、モータ３５は全体にわたって適切に冷却され、モータ運転時におけるモータ３５の温度上昇を低く抑えることができる。したがって、モータ過熱に伴う不都合の発生を回避できるとともに、モータの運転可能範囲を拡大することができる。

従来のハイブリッド圧縮機の縦断面図である。従来のハイブリッド圧縮機におけるモータ部の冷却構造の一例を示す概略縦断面図である。図２の構造におけるセンタープレートの一例を示す概略縦断面図である。図３のセンタープレートの連通口および吸入口の配置の一例を示す正面図である。図２の構造における固定スクロール部材の一例を示す概略縦断面図である。図５の固定スクロール部材の連通路の配置の一例を示す正面図である。本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機の冷却構造の一例を示す概略縦断面図である。図７の構造における固定スクロール部材の連通路の配置の一例を示す正面図である。図７の構造におけるセンタープレートの連通口および吸入口の配置の一例を示す正面図である。

符号の説明

１ハイブリッド圧縮機
２第１圧縮機構
３第２圧縮機構
１０固定スクロール
１１可動スクロール
１３駆動軸
１４プーリ
１５電磁クラッチ
１６ボールカップリング
１８吸入ポート
１９吸入通路
２０吸入室
２１吐出穴
２２吐出通路
２３吐出ポート
３０固定スクロール
３１可動スクロール
３３駆動軸
３４ボールカップリング
３５電動モータ
３６回転子
３７モータコイル部（ステータ）
３８ステータハウジング
３９第１の連通路
４０吸入室
４１吐出穴
４２吐出通路
４３固定スクロール部材
５０給電部
５１電動モータ側吸入室
５２連通路
５３吸入路
６１連通路
６２連通口
６３吸入路
６４吸入口
６５固定スクロール部材
６６連通路、連通口が設けられていない部位
６７センタープレート
６８吸入口
６９吸入路
７０吸入口、吸入路が設けられていない部位

Claims

外部駆動源のみにより駆動されるスクロール型の第１圧縮機構および内蔵電動モータのみにより駆動されるスクロール型の第２圧縮機構と、被圧縮ガスの第１圧縮機構への吸入通路と、第１圧縮機構側から電動モータ側吸入室へガスを吸入する連通路と、電動モータ側吸入室から第２圧縮機構側へガスを吸入する吸入路とを備えたハイブリッド圧縮機において、前記電動モータ側吸入室に前記連通路を介して吸入されてきたガスの少なくとも一部に対し、前記連通路の前記電動モータ側吸入室への開口である連通口から、前記吸入路の前記電動モータ側吸入室での開口であり前記連通口とは反対側に位置する吸入口へのガス流れが形成されるよう、前記連通路または／および前記吸入路の位置または／および数、または／および、前記連通口または／および前記吸入口の位置または／および数を制限したことを特徴とするハイブリッド圧縮機。
前記連通口が、前記電動モータ側吸入室において一方側の位置にのみ設けられており、前記吸入口が前記電動モータ側吸入室において前記一方側の位置とは反対側の位置にのみ設けられている、請求項１に記載のハイブリッド圧縮機。
前記連通路と前記連通口および前記吸入路と前記吸入口が、それぞれ複数設けられている、請求項１または２に記載のハイブリッド圧縮機。
前記電動モータ側吸入室と前記第２圧縮機構との間にセンタープレートが設けられており、該センタープレートに前記連通口および前記吸入口が形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
前記第１圧縮機構の固定スクロールと前記第２圧縮機構の固定スクロールが共通の固定スクロール部材に一体的に形成されており、該固定スクロール部材に前記連通路の一部が形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
前記外部駆動源が車両走行用の原動機からなる、請求項１〜５のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
前記被圧縮ガスが冷媒からなる、請求項１〜６のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。