JP2008202477A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動回路部をより効果的に冷却することが可能な圧縮機を得る。
【解決手段】凝縮器９Ａ、膨張器９Ｂ、および蒸発器９Ｃを含む第１の冷凍サイクル９に用いられ、モータ部３と、このモータ部３によって回転駆動される圧縮機構部５と、モータ部３を駆動する駆動回路部８と、を備えた圧縮機１において、圧縮機構部５の吐出口２ｂと吸入口５ａとの間に設けられ、第２凝縮器１０Ａ、第２膨張器１０Ｂ、および第２蒸発器１０Ｃを含む第２の冷凍サイクル１０と、この第２の冷凍サイクル１０の媒体通路を開閉する開閉弁１０Ｆと、を備え、第２蒸発器１０Ｃによって駆動回路部８が冷却され、駆動回路部８の発熱に応じて開閉弁１０Ｆの開閉が切り替えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルにおいて媒体ガスの圧縮に用いられる電動式の圧縮機に関する。

従来、ケーシング内に、モータ部と、モータ部によって回転駆動される圧縮機構部と、モータ部を駆動する駆動回路部とを備え、圧縮機構部の固定スクロール部の対向位置に駆動回路部の冷却空間を配置し、圧縮機構部に吸入する媒体の一部を上記の冷却空間に流入させて駆動回路部の冷却を行う電動式の圧縮機が提案されている。（例えば特許文献１）。

この圧縮機は、圧縮機構部の固定スクロール部の対向位置に配置した駆動回路部の冷却空間に、圧縮機構部に吸入する媒体の一部を流入させて駆動回路部と熱交換を行わせ、これにより、駆動回路部を冷却するように構成されている。
特開２００５−１７１９５１号公報

しかしながら、上記従来技術では、冷凍サイクルの運転状態によっては駆動回路部の冷却を十分に行えないという問題があった。例えば、圧縮機構部を回転駆動するモータ部が低速で作動するときには、モータ効率が低下してその損失分だけ熱が生じ、圧縮機の温度が全体的に上昇するので、発熱するスイッチング素子などの冷却が不十分となる場合があった。

そこで、本発明は、駆動回路部をより効果的に冷却することが可能な圧縮機を得ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、凝縮器（９Ａ）、膨張器（９Ｂ）、および蒸発器（９Ｃ）を含む第１の冷凍サイクル（９）に用いられ、モータ部（３）と、このモータ部（３）によって回転駆動される圧縮機構部（５）と、前記モータ部（３）を駆動する駆動回路部（８）と、を備えた圧縮機（１）において、前記圧縮機構部（５）の吐出口（２ｂ）と吸入口（５ａ）との間に設けられ、第２凝縮器（１０Ａ）、第２膨張器（１０Ｂ）、および第２蒸発器（１０Ｃ）を含む第２の冷凍サイクル（１０）と、この第２の冷凍サイクル（１０）の媒体通路を開閉する開閉弁（１０Ｆ）と、を備え、前記第２蒸発器（１０Ｃ）によって前記駆動回路部（８）が冷却され、前記駆動回路部（８）の発熱に応じて前記開閉弁（１０Ｆ）の開閉が切り替えられることを特徴とする。

請求項２の発明は、前記第２凝縮器（１０Ａ）が電動ファン（１０Ｄ）によって冷却されることを特徴とする。

請求項３の発明は、前記モータ部（３）、前記圧縮機構部（５）、および前記駆動回路部（８）が、前記モータ部（３）の回転軸（４）の軸方向に沿ってこの順に配置され、前記圧縮機構部（５）と前記駆動回路部（８）との間の隔壁（６）内に前記圧縮機構部（５）に導入される媒体の媒体通路（１７ｂ，１７ｄ，１７ｅ）が形成されることで前記第２蒸発器（１０Ｃ）が構成され、前記媒体通路（１７ｂ，１７ｄ，１７ｅ）に沿って前記駆動回路部（８）のスイッチング素子（８ａ）が配置されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、通常使用する第１の冷凍サイクルとは別に設けた第２の冷凍サイクルを用いて駆動回路部の冷却を行うため、より効率良く駆動回路部を冷却することが可能となる。

そして、駆動回路部の発熱に応じて第２の冷凍サイクルの媒体通路を開閉し、例えば駆動回路部の発熱が比較的小さい場合には、第２の冷凍サイクルの媒体通路を開閉弁で閉じて第２の冷凍サイクルを休止させることにより、不要な動力消費を抑制して圧縮機の作動効率を向上することができる。

請求項２の発明によれば、第２凝縮器を電動ファンからの送風で冷却することにより、第２の冷凍サイクルによる駆動回路部の冷却効率をより一層高めることができる。

請求項３の発明によれば、駆動回路部近傍に配置される隔壁内に第２蒸発器としての媒体通路が形成されて駆動回路部を冷却することができる上、当該媒体通路に沿って発熱源としてのスイッチング素子が配置されているため、より効率の良い冷却が可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかる圧縮機（回転軸に沿う断面図）および冷凍サイクルを示す説明図、図２は、図１のII‐II断面図、図３は、第２の冷凍サイクルの制御手順を示すフローチャート、図４は、隔壁に形成された媒体通路の変形例を示す図１のII‐IIと同等位置における断面図である。

なお、本実施形態では、圧縮機が自動車の空調装置の冷凍サイクルに適用される電動コンプレッサとして構成される場合について例示する。この場合、圧縮機で圧縮する流体は冷凍サイクルの冷媒となる。

本実施形態にかかる圧縮機１は、一端側（図１の左側）が閉じて他端側（図１の右側）に開口２ａを有する略円筒状のケーシング２と、このケーシング２の一端側に収容されるモータ部３と、ケーシング２の他端側に収容され、モータ部３により回転軸４を介して回転駆動されるベーンロータリ型の圧縮機構部５と、ケーシング２の他端に隔壁６を介して装着されるカバー７と、このカバー７内に収容され、モータ部３を駆動する駆動回路部８とを備えて概略構成されている。

圧縮機構部５は、本実施形態では、ベーンを有するロータリー式として構成されており、一対のサイドブロック１１，１２と、これらサイドブロック１１，１２間に設けられて楕円形状のシリンダ室１３を有する筒状のシリンダブロック１４と、シリンダ室１３内に回転自在に配置され、モータ部３によって回転軸４を介して回転駆動されるロータ１５とを備えている。

ロータ１５には複数のスリット（図示せず）が周方向に一定間隔をもって形成され、各スリットにはベーン（図示せず）が突没可能にかつ径外方向に付勢された状態で収容されており、シリンダ室１３の内周面に摺接するベーンによってシリンダ室１３内が複数の媒体室１６に画成されている。

この圧縮機構部５において、ロータ１５の回転に応じて媒体室１６が拡縮し、これにより各媒体室１６に媒体が吸入され、圧縮されて、吐出されるようになっている。圧縮機構部５から吐出された媒体は、モータ部３が収容されたケーシング２内の空間２ｄを通過して、ケーシング２の一端側に設けられた吐出口２ｂから排出される。このように媒体をモータ部３の収容された空間２ｄに通流させることで、モータ部３の過熱が抑制されている。そして、吐出口２ｂから排出された媒体は、第１の冷凍サイクル９に導入される。

第１の冷凍サイクル９は、凝縮器９Ａ、膨張器９Ｂ、および蒸発器９Ｃを備えている。この第１の冷凍サイクル９において、圧縮機構部５から吐出された高温高圧の媒体は、基本的には、凝縮器９Ａで凝縮して液化し、膨張器９Ｂで断熱膨張して圧力が低下し、次いで蒸発器９Ｃで蒸発して気化する。

蒸発器９Ｃを出た媒体は、流入管９Ｄを経由して隔壁６内に形成された媒体通路１７ｃ，１７ａに流入し、吸入口５ａから圧縮機構部５に吸入される。なお、本実施形態では、第１の冷凍サイクル９は、主として車室内の冷暖房に用いられる。

また、本実施形態では、ケーシング２の一端側に、吐出口２ｂから排出された媒体の一部が第２の冷凍サイクル１０へ分配される。

第２の冷凍サイクル１０は、第２凝縮器１０Ａ、第２膨張器１０Ｂ、および第２蒸発器１０Ｃを備えている。

第２凝縮器１０Ａは、本実施形態ではケーシング２の側壁の内部に形成された媒体通路２ｃを有するヒートシンクとして構成されており、媒体を冷却して凝縮させ、液化させる。また、本実施形態では、フィン等を設けてケーシング２の側壁の外表面を凹凸に形成してその表面積を増大させるとともに、電動ファン１０Ｄによって生じた風を当てて媒体の冷却効率を高めてある。

第２膨張器１０Ｂは、例えばオリフィスや絞り弁として構成されており、媒体を断熱膨張させて、その圧力を低下させる。

第２蒸発器１０Ｃは、図１および図２に示すように、圧縮機構部５と駆動回路部８との間の隔壁６内に媒体通路１７ｂ，１７ｄを形成することで構成されており、駆動回路部８の熱によって媒体を加熱して蒸発させ、気化させる。換言すれば、このときの潜熱によって駆動回路部８の熱が奪われて当該駆動回路部８が冷却される。

ここで、隔壁６内の媒体通路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄについて説明する。なお、本実施形態では、圧縮機構部５と駆動回路部８との間の隔壁６をブロック体１７と比較的薄肉の板状体１８とを二枚張り合わせて構成し、当該ブロック体１７の板状体１８との当接面側に形成された溝を板状体１８で塞ぐことで媒体通路１７ａ，１７ｂ，１７ｄを形成する場合について例示するが、隔壁を一枚で構成し、圧縮機構部５のサイドブロック１２との当接面側に形成された溝を当該サイドブロック１２で塞ぐことで媒体通路１７ａ，１７ｂ，１７ｄを形成することも勿論可能である。

第１の冷凍サイクル９の流入管９Ｄは、媒体通路１７ｃ，１７ａを介して圧縮機構部５の吸入口５ａに連通している。媒体通路１７ａは、回転軸４の周方向に沿って半円状に形成されており、その両端部がそれぞれ吸入口５ａに連通される一方、その周方向中間部に媒体通路１７ｃが接続されている。すなわち、媒体通路１７ｃから流入した媒体は、媒体通路１７ａとの接続点で二股に分岐され、二つの吸入口５ａから圧縮機構部５内に流入するようになっている。

また、第２の冷凍サイクル１０の吸入管１０Ｅは、媒体通路１７ｄ，１７ｂを介して媒体通路１７ｃに連通している。吸入管１０Ｅは、上流側の媒体通路１７ｄに接続され、下流側の媒体通路１７ｂは、媒体通路１７ｄとの接続位置から媒体通路１７ｃとの接続位置までの間で回転軸４の周方向に沿って２７０°分の区間に亘って形成されている。

そして、駆動回路部８では、媒体通路１７ｂ，１７ｄに沿って複数（本実施形態では６つ）のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴ等）８ａが配置されている。すなわち、これらスイッチング素子８ａは、いずれも、媒体通路１７ｂ，１７ｄに対して隔壁６（板状体１８）を介して回転軸４の軸方向側に配置されている。

ところで、本実施形態では、第２の冷凍サイクル１０は、各部の状況に応じてその作動状態が切り替えられるようになっている。すなわち、第２の冷凍サイクル１０は、さらに、媒体通路を開閉する開閉弁１０Ｆと、駆動回路部８の温度を検出する温度センサ１０Ｇと、この温度センサ１０Ｇで検出した駆動回路部８の温度に応じて開閉弁１０Ｆの開閉制御および電動ファン１０Ｄの作動制御を行う制御部（例えばエアコンアンプ等）１０Ｈとを備えており、駆動回路部８の温度に応じて第２の冷凍サイクル１０の作動状態を切り替えている。

具体的には、制御部１０Ｈにおいて、図３に示すフローチャートにしたがって第２の冷凍サイクル１０の作動状態の切り替え制御が行われる。なお、このフローチャートは、開閉弁１０Ｆが第２の冷凍サイクル１０の経路を開閉し、かつ常時閉の弁として構成されることを前提として設定されている。

まず、ステップＳ１において駆動回路部８の温度Ｔが第１上限値Ｔ１以上であるか否かが判定され、当該温度Ｔが第１上限値Ｔ１を下回る場合にはそのまま終了（リターン）する。

一方、ステップＳ１において駆動回路部８の温度Ｔが第１上限値Ｔ１以上であった場合には、さらにステップＳ２において圧縮機１が非作動中であるか否か（作動中であるか否か）が判定され、圧縮機１が非作動時（ＯＦＦ）には、ステップＳ３にて制御部１０Ｈによって圧縮機１の作動が開始される（ＯＮ）。ただし、この場合には第１の冷凍サイクル９の作動は必須では無いから、圧縮機１の回転数は比較的低回転で構わない。なお、この場合において第１の冷凍サイクル９を確実に動作させないようにするため、当該第１の冷凍サイクル９の経路を閉じる開閉弁（常時開）を別途設けておき、第２の冷凍サイクル１０のみを作動させる場合にのみ閉じるように構成してもよい。

引き続き、ステップＳ４において開閉弁１０Ｆが開放され、これにより第２の冷凍サイクル１０が作動状態となって、第２蒸発器１０Ｃによる駆動回路部８の冷却が行われる。

さらに、ステップＳ５において駆動回路部８の温度Ｔが第２上限値Ｔ２（＞Ｔ１）以上であるか否かが判定され、当該温度Ｔが第２上限値Ｔ２以上であった場合には、ステップＳ６において制御部１０Ｈにより電動ファン１０Ｄの作動が開始される（ＯＮ）。このように、本実施形態では、駆動回路部８の温度がより高温である場合に電動ファン１０Ｄを作動させることで、第２の冷凍サイクル１０による駆動回路部８の冷却効率を高めるとともに、電動ファン１０Ｄを選択的に作動状態とすることで、無駄なエネルギ消費を抑制している。

以上の本実施形態によれば、通常使用する第１の冷凍サイクル９とは別に設けた第２の冷凍サイクル１０を用いて駆動回路部８の冷却を行うため、別の用途で使用される第１の冷凍サイクル９のみによって駆動回路部８を冷却する場合に比べて、当該第１の冷凍サイクル９の作動状態に影響されること無く、より効率良く駆動回路部８を冷却することが可能となる。

そして、駆動回路部８の発熱に応じて第２の冷凍サイクル１０の媒体通路を開閉し、例えば駆動回路部８の発熱が比較的小さい場合には、第２の冷凍サイクル１０の媒体通路を開閉弁１０Ｆで閉じて第２の冷凍サイクル１０を休止させることにより、不要な動力消費を抑制して圧縮機１の作動効率を向上することができる。

また、本実施形態によれば、駆動回路部８近傍に配置される隔壁６内に第２蒸発器１０Ｃとしての媒体通路１７ｂ，１７ｄが形成されて駆動回路部８を冷却することができる上、当該媒体通路１７ｂ，１７ｄに沿って発熱源としてのスイッチング素子８ａが配置されているため、より効率の良い冷却が可能となる。

また、本実施形態によれば、第２凝縮器１０Ａを電動ファン１０Ｄからの送風で冷却することにより、第２の冷凍サイクル１０による駆動回路部８の冷却効率をより一層高めることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図４に示すように、隔壁６内に複数に分岐された媒体通路１７ｅが配置されるようにしてもよい。

こうすれば、隔壁６内に媒体通路１７ｅを複数配索することで、第２蒸発器１０Ｃとして機能する区間をより長くとることができ、より効率の良い冷却が可能となる。また、この場合も、複数のスイッチング素子８ａに対応して媒体通路を配索しやすくなって、この点でも冷却効率を高めることが可能となる。

また、本発明は、空調装置の冷凍サイクルに用いる電動コンプレッサには限定されないし、電動コンプレッサで扱う流体も冷媒には限定されない。また、圧縮機は偏心ローラタイプのロータリー式でもよいし、ロータリー式以外であってもよい。

本発明の一実施形態にかかる圧縮機（回転軸に沿う断面図）および冷凍サイクルを示す説明図である。 図１のII‐II断面図である。 本発明の一実施形態にかかる第２の冷凍サイクルの制御手順を示すフローチャートである。 隔壁に形成された媒体通路の変形例を示す図１のII‐IIと同等位置における断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ ケーシング
２ｂ 吐出口
３ モータ部
４ 回転軸
５ 圧縮機構部
６ 隔壁
８ 駆動回路部
８ａ スッチング素子
９ 第１の冷凍サイクル
９Ａ 凝縮器
９Ｂ 膨張器
９Ｃ 蒸発器
１０ 第２の冷凍サイクル
１０Ａ 第２凝縮）
１０Ｂ 第２膨張器
１０Ｃ 第２蒸発器
１７ｂ，１７ｄ，１７ｅ 媒体通路

Claims (3)

1. 凝縮器（９Ａ）、膨張器（９Ｂ）、および蒸発器（９Ｃ）を含む第１の冷凍サイクル（９）に用いられ、モータ部（３）と、このモータ部（３）によって回転駆動される圧縮機構部（５）と、前記モータ部（３）を駆動する駆動回路部（８）と、を備えた圧縮機（１）において、
   前記圧縮機構部（５）の吐出口（２ｂ）と吸入口（５ａ）との間に設けられ、第２凝縮器（１０Ａ）、第２膨張器（１０Ｂ）、および第２蒸発器（１０Ｃ）を含む第２の冷凍サイクル（１０）と、
   この第２の冷凍サイクル（１０）の媒体通路を開閉する開閉弁（１０Ｆ）と、を備え、
   前記第２蒸発器（１０Ｃ）によって前記駆動回路部（８）が冷却され、前記駆動回路部（８）の発熱に応じて前記開閉弁（１０Ｆ）の開閉が切り替えられることを特徴とする圧縮機。
2. 前記第２凝縮器（１０Ａ）が電動ファン（１０Ｄ）によって冷却されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記モータ部（３）、前記圧縮機構部（５）、および前記駆動回路部（８）が、前記モータ部（３）の回転軸（４）の軸方向に沿ってこの順に配置され、
   前記圧縮機構部（５）と前記駆動回路部（８）との間の隔壁（６）内に前記圧縮機構部（５）に導入される媒体の媒体通路（１７ｂ，１７ｄ，１７ｅ）が形成されることで前記第２蒸発器（１０Ｃ）が構成され、
   前記媒体通路（１７ｂ，１７ｄ，１７ｅ）に沿って前記駆動回路部（８）のスイッチング素子（８ａ）が配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。

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