JP2007138778A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動のスクロールユニットを有し、電機子巻線の発熱を抑制しつつ、省スペース化に寄与するスクロール型圧縮機を提供する。
【解決手段】有底部分(17)を備える筒状のハウジング(16)内に形成され、モータ(94)のステータ(98)の一端部が有底部分の近傍に配設されるとともに冷凍回路(2)の低圧側の作動流体が導入される機械室(92)内にて、スクロールユニット(60)から冷凍回路に向けて吐出された作動流体の一部を有底部分に供給し、低圧側の作動流体の流動を生じさせる供給路(120)を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクロール型圧縮機に係り、詳しくは空調システムの冷凍回路に組み込まれるスクロール型圧縮機に関する。

この種のスクロール型圧縮機には作動流体としての冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットを備えている。詳しくは、このユニットは互いに噛み合う固定及び可動の各スクロールを備えており、回転軸の駆動によって可動スクロールが固定スクロールに対して旋回運動する。これにより、各スクロールで形成される空間の容積が減少し、上記一連のプロセスが実施される。

一方、上記回転軸がモータの通電によって駆動される圧縮機があり、この圧縮機には、回転軸と一体に回転される永久磁石を有するロータと、このロータの周囲に配置され、磁界の回転によりロータを回転させる電機子巻線を有するステータとが備えられている。そして、ステータに向けて流れる冷媒や潤滑油の方向を調整することにより、モータの駆動に伴う電機子巻線の温度の上昇を抑えている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９３１４５７号公報

ところで、上記従来の技術では、上記モータの周辺に存在する冷媒や潤滑油がフランジ等を用いてステータに向けて冷却のために偏向されている。
しかしながら、上記モータの周辺には冷凍回路の低圧側の冷媒が導入されており、この冷媒等は停留する傾向が強いことから、単にフランジ等を用いるだけでは冷媒等がステータに供給され難いとの懸念がある。特に、圧縮機の配置方向が異なると、ステータの端部は冷却され難くなり、これでは、電機子巻線の温度が過度に上昇し、モータの運転を停止せざるを得ない状況が生じて運転可能な範囲が狭くなるとの問題がある。

また、この問題の解決を図るにあたり、省スペース化のためには、圧縮機の大型化は回避しなければならない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、モータ駆動のスクロールユニットを有し、電機子巻線の発熱を抑制しつつ、信頼性の高いスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成すべく、請求項１記載のスクロール型圧縮機は、有底部分を備える筒状のハウジングと、ハウジング内を延び、ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、ハウジング内に形成され、回転軸と一体に回転するロータ、及びロータの周囲に配置されてロータを回転させる電機子巻線を有するステータからなるモータを備え、ステータの一端部が有底部分の近傍に配設されるとともに、冷凍回路の低圧側の作動流体が導入される機械室と、ハウジング内に収容され、回転軸により駆動されて冷凍回路の低圧側の作動流体を吸入し、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、ハウジング内に形成され、スクロールユニットから冷凍回路に向けて吐出された作動流体を有底部分に供給し、機械室内にて低圧側の作動流体の流動を生じさせる供給路とを具備することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、供給路には、減圧手段が配設されていることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、スクロールユニットは、車両のエンジンからの動力に基づいて駆動されて旋回運動する一の可動スクロールを有する第１のユニットと、モータからの動力に基づいて駆動されて旋回運動する他の可動スクロールを有し、第１のユニットよりも作動流体の最大吐出容量が小さく設定された第２のユニットとを具備し、各可動スクロールが、共通の基板を備えた固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動していることを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明のスクロール型圧縮機によれば、ハウジング内には、スクロールユニットから吐出された作動流体をハウジングの有底部分に向けて供給する供給路が形成され、この供給路内の作動流体が機械室内にて低圧側の作動流体の流動を生じさせる。つまり、吐出された作動流体が機械室内に存在する低圧側の作動流体を攪拌し、ステータ、特に、有底部分の近傍に配設されたステータの一端部に積極的に低圧側の作動流体を供給している。この結果、電機子巻線の発熱が抑制され、モータの運転停止に伴う冷房能力の低下が防止される。

しかも、従来に比してフランジ等が不要になり、省スペース化による圧縮機の小型・軽量化が達成可能となる。
また、請求項２記載の発明によれば、スクロールユニットから吐出された作動流体が供給路を介してハウジングの有底部分に供給されるにあたり、この作動流体は減圧手段によって減圧されている。よって、機械室内の圧力の上昇が抑えられ、この点も冷房能力の低下の防止に寄与する。

更に、請求項３記載の発明によれば、エンジン及びモータによって駆動されるハイブリッド圧縮機において、エンジン駆動による第１のユニットの最大吐出容量がモータ駆動による第２のユニットのそれよりも大きく設定されている場合には、例えば吸入ポートが第１のユニットの近傍に配置される等、冷凍回路から吸入される低圧側の作動流体の容量もまた、第１のユニットが第２のユニットよりも大きくされる。つまり、この場合には上記吸入ポートとステータとが大きく離間し得ることになるが、上記供給路が吐出された作動流体をステータの一端部に供給し、低圧側の作動流体を積極的に流動させることから、特に、固定スクロールを共通の基板に形成して全長の短縮化が図られたハイブリッド圧縮機でも、従来に比して攪拌機等を用いることなく電機子巻線の発熱が効果的に抑制され、圧縮機の信頼性の向上が達成される。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るスクロール型圧縮機を示し、この圧縮機４は車両の空調システムの冷凍回路２に組み込まれている。詳しくは、この冷凍回路２の循環経路には圧縮機４、凝縮器６、レシーバ８、膨張弁１０及び蒸発器１２が順次配置され、圧縮機４は循環経路の復路から冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して循環経路の往路に向けて吐出する。

上記圧縮機４はハウジングを備え、このハウジングはケーシングブロック１４、フロントハウジング１５及びリアハウジング１６を有し、これら各ハウジング１５，１６はＯリングと協働してケーシングブロック１４を気密に狭持し、複数の連結ボルト２０を介して互いに結合されている。
フロントハウジング１５は両端に開口を有する筒状をなしている。このフロントハウジング１５内には回転軸２２が配置されており、この回転軸２２はケーシングブロック１４側に位置した大径軸部２４と、リップシール３２を介してフロントハウジング１５から突出した小径軸部２６とを有する。大径軸部２４はボール軸受２８を介し、小径軸部２６はボール軸受３０を介してフロントハウジング１５に回転自在にそれぞれ支持されている。

小径軸部２６の突出端には電磁クラッチ３４を内蔵した駆動プーリ３６が取り付けられ、この駆動プーリ３６は軸受３８を介してフロントハウジング１５に回転自在に支持されている。また、駆動プーリ３６には車両のエンジンの動力が図示しない駆動ベルトを介して伝達されており、駆動プーリ３６の回転は電磁クラッチ３４を介して回転軸２２に伝達可能である。従って、上記エンジンの駆動中、電磁クラッチ３４がオン作動されると、回転軸２２は駆動プーリ３６と一体的に回転する。

フロントハウジング１５とケーシングブロック１４との間には、主圧縮機構（第１のユニット）１８が収容されている。具体的には、主圧縮機構１８はスクロールユニット４０を備え、このユニット４０は互いに噛み合う可動スクロール４２及び固定スクロール４４から構成されている。この固定スクロール４４はケーシングブロック１４に形成され、これら各スクロール４２、４４の噛み合いはその内部に圧縮室４６を形成させ、この圧縮室４６の容積が固定スクロール４４に対する可動スクロール４２の旋回運動に伴って増減される。

この可動スクロール４２に旋回運動を付与するため、可動スクロール４２の背面側にはフロントハウジング１５側に向けて突出するボス４８が形成されており、このボス４８はニードル軸受５０を介して偏心ブッシュ５２に回転自在に支持されている。偏心ブッシュ５２はクランクピン５４に支持され、このクランクピン５４が大径軸部２４から偏心して突出している。従って、回転軸２２の回転に伴い、クランクピン５４及び偏心ブッシュ５２を介して可動スクロール４２が旋回運動する。なお、可動スクロール４２の自転は可動スクロール４２とフロントハウジング１５との間に配置されたボール型の旋回スラストベアリング５６によって阻止されている。

一方、リアハウジング１６はケーシングブロック１４に向けて開口を有するカップ状をなし、有底部１７の近傍の空間がモータ室（機械室）９２として形成されている。モータ室９２内には回転軸８２が配置されており、この回転軸８２はケーシングブロック１４側に位置した大径軸部８４と小径軸部８６とを有する。大径軸部８４はボール軸受８８を介して支持ブロック８０に、小径軸部８６はボール軸受９０を介して有底部１７に回転自在にそれぞれ支持されている。

回転軸８２は電動モータ（モータ）９４への通電により駆動される。詳しくは、モータ室９２にはブラシレスの電動モータ９４が配設されており、例えばネオジウム磁石を有するロータ９６が回転軸８２の外周側に固着され、このロータ９６の外周側には電機子巻線を有するステータ９８が配置されている。そして、リアハウジング１６の外壁に配設されたコネクタ１００を介して電機子巻線が通電されると、ロータ９６はこの電機子巻線で発生した磁界の回転に伴って回転し、回転軸８２と一体的に回転する。

上述したケーシングブロック１４と支持ブロック８０とは複数のボルト２１を介して結合され、これら各ブロック１４，８０の間には、副圧縮機構（第２のユニット）１９が収容されている。換言すれば、本実施形態の圧縮機４はハイブリッド圧縮機として構成されている。詳しくは、副圧縮機構１９はスクロールユニット６０を備え、このユニット６０は互いに噛み合う可動スクロール６２及び固定スクロール６４から構成されている。また、この固定スクロール６４はケーシングブロック１４に形成されている。つまり、主圧縮機構１８の固定スクロール４４及び副圧縮機構１９の固定スクロール６４は、共通の基板４５に配設されている。そして、副圧縮機構１９の各スクロール６２、６４の噛み合いはその内部に圧縮室６６を形成させ、この圧縮室６６の容積が固定スクロール６４に対する可動スクロール６２の旋回運動に伴って増減される。

この可動スクロール６２に旋回運動を付与するため、可動スクロール６２の背面側にも有底部１７側に向けて突出するボス６８が形成されており、このボス６８はニードル軸受７０を介して偏心ブッシュ７２に回転自在に支持されている。偏心ブッシュ７２はクランクピン７４に支持され、このクランクピン７４がプレートを介して大径軸部８４から偏心して突出している。従って、回転軸８２の回転に伴い、クランクピン７４及び偏心ブッシュ７２を介して可動スクロール６２が旋回運動する。なお、可動スクロール６２の自転は可動スクロール６２と支持ブロック８０との間に配置されたボール型の旋回スラストベアリング７６によって阻止されている。

ところで、本実施形態の圧縮機４では、電動モータ９４からの動力に基づいて駆動される副圧縮機構１９の冷媒の最大吐出容量が、車両のエンジンからの動力に基づいて駆動される主圧縮機構１８の冷媒の最大吐出容量よりも小さく設定されている。
より詳しくは、ケーシングブロック１４の外壁に配設された接続ブロック１０２には、主圧縮機構１８のスクロールユニット４０に向けて蒸発器１２からの低圧側の冷媒を導入させる吸入ポート１０４が形成され、この吸入ポート１０４はスクロールユニット４０側に開口を有する吸入孔１０５に接続されている。

一方、図２に示されるように、ケーシングブロック１４には吸入孔１０５に接続される複数の連通路１０６がケーシングブロック１４の周方向の適宜位置に穿設され、この連通路１０６が吸入孔１０５と副圧縮機構１９とを連通している。これにより、上記蒸発器１２からの低圧側の冷媒は、主として主圧縮機構１８に供給されるものの、副圧縮機構１９にも供給される。そして、この副圧縮機構１９に供給された低圧側の冷媒は、モータ室９２に導入されるとともに、支持ブロック８０に穿設された孔８１を介してスクロールユニット６０にも導入される（図１）。

ケーシングブロック１４において、基板４５には主圧縮機構１８の圧縮室４６と吐出通路１０８とを互いに連通させる吐出孔５８が形成され、また、この基板４５には副圧縮機構１９の圧縮室６６と吐出通路１１０とを互いに連通させる吐出孔７８が形成されている。これら各吐出通路１０８，１１０は接続ブロック１０２に向けて形成され、吐出弁１１２によって開閉される。この吐出弁１１２はボルト１１４を介してケーシングブロック１４の外周端に取り付けられており、主圧縮機構１８や副圧縮機構１９の吐出冷媒は吐出弁１１２の開閉に応じて吐出ポート１１６に吐出され、凝縮器６に送出される。なお、この吐出ポート１１６は接続ブロック１０２にて吸入ポート１０４とは気密に区画して形成されている（図１）。

ここで、上述した副圧縮機構１９の吐出通路１１０の途中には、リアケーシング１６の有底部１７に向けてケーシングブロック１４を貫通した連通孔１１８が穿設されており、この連通孔１１８は流動生成路（供給路）１２０に接続されている。本実施形態の流動生成路１２０は、連通孔１１８の開口端に嵌合されたパイプであり、有底部１７の近傍に位置するステータ９８の端部に至るまで配置されている。また、流動生成路１２０の適宜位置にはオリフィス（減圧手段）が配設されている。

上述した圧縮機４によれば、この圧縮機４がエンジンのみで駆動される場合には、電磁クラッチ３４を経た回転軸２２の回転に伴い、可動スクロール４２が自転することなく旋回運動する。この可動スクロール４２の旋回運動は、吸入孔１０５を介してスクロールユニット４０の圧縮室４６内への冷媒の吸入、圧縮及び吐出の各プロセスを実施させる。この結果、高圧冷媒が圧縮室４６から吐出通路１０８及び吐出弁１１２を通じて吐出ポート１１６に至り、この吐出ポート１１６から凝縮器６に向けて送出される。

一方、例えば上記エンジンのアイドルストップ時や車室内の設定温度への到達時の如く、この圧縮機４が電動モータ９４のみで駆動される場合には、電動モータ９４を経た回転軸８２の回転に伴い、可動スクロール６２が自転することなく旋回運動し、この旋回運動は、吸入孔１０５、連通路１０６、孔８１を介してスクロールユニット６０の圧縮室６６内への冷媒の吸入、圧縮及び吐出の各プロセスを実施させる。これにより、高圧冷媒が圧縮室６６から吐出通路１１０及び吐出弁１１２を通じて吐出ポート１１６に至り、この吐出ポート１１６から凝縮器６に向けて送出される。

ここで、吐出通路１１０内の高圧冷媒の一部は連通孔１１８に導入され、オリフィスにて減圧された後に流動生成路１２０の端部を介して有底部１７に送出される。そして、流動生成路１２０からの冷媒はステータ９８の周囲にて、吸入孔１０５及び連通路１０６から供給された低圧側の冷媒の流動を生成させる。なお、このモータ室９２内の冷媒は、スクロールユニット６０に、或いはケーシングブロック１４に形成された図示しないリターン経路を介してスクロールユニット４０に導入される。

以上のように、本実施形態によれば、ケーシングブロック１４内には、スクロールユニット６０から吐出された冷媒をリアハウジング１６の有底部１７に向けて供給する流動生成路１２０が形成され、この流動生成路１２０内の冷媒がモータ室９２内にて低圧側の冷媒の流動を生じさせる。つまり、スクロールユニット６０から吐出された冷媒がモータ室９２内に存在する低圧側の冷媒を攪拌し、ステータ９８、特に、有底部１７の近傍に配設されたステータ９８の端部に積極的に低圧側の冷媒を供給している。この結果、電動モータ９４において最も熱くなり得る電機子巻線の発熱が抑制されてこの巻線の断線や電動モータ９４の焼き付きが回避され、モータの運転停止に伴う冷房能力の低下が防止される。

しかも、従来に比してフランジや攪拌装置等が不要になり、省スペース化による圧縮機の小型・軽量化、圧縮機の生産性向上及び製造コストの低廉化が達成可能となる。
また、スクロールユニット６０から吐出された冷媒が流動生成路１２０を介して有底部１７に供給されるにあたり、流動生成路１２０からの冷媒はオリフィスによって減圧されているので、上記電機子巻線の発熱の抑制に寄与するし、モータ室９２内の圧力の上昇が抑えられ、この点も冷房能力の低下の防止に寄与する。

更に、エンジン及び電動モータ９４によって駆動されるハイブリッド圧縮機４においては、エンジン駆動による主圧縮機構１８の最大吐出容量がモータ駆動による副圧縮機構１９のそれよりも大きく設定されると、吸入ポート１０５とステータ９８とが大きく離間し得ることになるが、流動生成路１２０が吐出された冷媒の一部をステータ９８の端部に供給し、低圧側の冷媒を積極的に流動させることから、ステータ９８の電機子巻線の発熱が効果的に抑制され、圧縮機の信頼性の向上が図られる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、流動生成路１２０がパイプで形成されているが、必ずしもこの形態に限定されるものではなく、支持ブロック８０やリアケーシング１６に鋳抜き等で形成されていても良く、この場合にも上記と同様に電機子巻線の発熱を抑制しつつ、省スペース化に寄与するとの効果を奏する。

また、本発明のスクロール型圧縮機は、ハイブリッド圧縮機のみならず、電動モータのみで駆動される電動圧縮機にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機を示した縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

符号の説明

２ 冷凍回路
４ ハイブリッド圧縮機（スクロール型圧縮機）
１４ ケーシングブロック（ハウジング）
１６ リアハウジング（ハウジング）
１７ 有底部
１８ 主圧縮機構（第１のユニット）
１９ 副圧縮機構（第２のユニット）
４０ スクロールユニット
４２ 一の可動スクロール
４４ 固定スクロール
４５ 基板
６０ スクロールユニット
６２ 他の可動スクロール
６４ 固定スクロール
８２ 回転軸
９４ 電動モータ（モータ）
９６ ロータ
９８ ステータ
９２ モータ室（機械室）
１２０ 流動生成路（供給路）

Claims (3)

1. 有底部分を備える筒状のハウジングと、
   該ハウジング内を延び、該ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、
   前記ハウジング内に形成され、前記回転軸と一体に回転するロータ、及び該ロータの周囲に配置されて該ロータを回転させる電機子巻線を有するステータからなるモータを備え、前記ステータの一端部が前記有底部分の近傍に配設されるとともに、冷凍回路の低圧側の作動流体が導入される機械室と、
   前記ハウジング内に収容され、前記回転軸により駆動されて前記冷凍回路の低圧側の作動流体を吸入し、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、
   前記ハウジング内に形成され、前記スクロールユニットから前記冷凍回路に向けて吐出された作動流体を前記有底部分に供給し、前記機械室内にて前記低圧側の作動流体の流動を生じさせる供給路と
   を具備することを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 前記供給路には、減圧手段が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型圧縮機。
3. 前記スクロールユニットは、車両のエンジンからの動力に基づいて駆動されて旋回運動する一の可動スクロールを有する第１のユニットと、前記モータからの動力に基づいて駆動されて旋回運動する他の可動スクロールを有し、前記第１のユニットよりも作動流体の最大吐出容量が小さく設定された第２のユニットとを具備し、
   前記各可動スクロールが、共通の基板を備えた固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動していることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール型圧縮機。

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