JP2016223373A - 電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】吸入室の電動モータの収容部分の底部に溜まった冷凍機油を圧縮機構に効率よく吸入させる。【解決手段】吸入ポート５５から吸入冷媒通路５３に吸入されて冷媒出口５７からモータ室８に流出する冷媒の流れによって、モータ室８のモータ部４の収容部分に溜まっている冷凍機油Ｏを、冷媒出口５７の開口の向きである圧縮機構３側に向けてモータ室８内に噴き上げさせる。そして、噴き上げられてミスト状となった冷凍機油Ｏを、モータ室８の気相の冷媒に混じって、冷凍機油Ｏの液面５９よりも上方に配置された圧縮機構３の吸入口４９から圧縮機構３に吸入させ、圧縮後の気相の冷媒と共に圧縮機構３によって吐出室４３側に送り込ませる。【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒を圧縮する冷凍サイクル用のコンプレッサに係り、特に、電動モータを動力源とする電動コンプレッサに関する。

冷凍サイクルに用いるコンプレッサは、低温低圧の冷媒を吸入し、圧縮により高温高圧とした冷媒を吐出する。コンプレッサの中には、冷媒の圧縮機構の動力源として電動モータを有する電動コンプレッサがある。電動コンプレッサでは、圧縮機構の吸入室側に電動モータを配置して、加熱する電動モータを吸入冷媒で冷却することが行われる。

ところで、冷凍サイクルから電動コンプレッサに吸入される冷媒には、ミスト状となった冷凍機油が含まれている。この冷凍機油は、主に、潤滑用として電動コンプレッサの各部に供給される。

また、圧縮機構がベーンロータリー式である場合には、シリンダ室内で回転するロータからベーンをシリンダ室の内周面側に突出させるのをアシストする圧力源として、ベーンの背圧空間にも冷凍機油が供給される。

この種の電動コンプレッサにおいては、圧縮機構が冷凍サイクルの冷凍負荷に応じた冷媒圧縮を行うことが求められる。したがって、電動モータにはそれに見合ったトルクを発生する能力が求められる。このような事情から、電動モータの胴径は圧縮機構の胴径よりも大きいのが一般的である（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−１０９２５０号公報

ところで、電動コンプレッサの吸入室に吸入された冷媒に含まれるミスト状の冷凍機油は、電動モータや圧縮機構の電動モータ側の表面等に衝突することで冷媒から分離される。分離された冷凍機油は、衝突した物体の表面を伝って吸入室の底部に流入する。このとき、圧縮機構と電動モータとの胴径差に応じた内径差が吸入室に存在すると、吸入室の底部に流入した冷凍機油は、圧縮機構の収容部分よりも低い電動モータの収容部分に溜まる。

このようにして吸入室の電動モータの収容部分に溜まった冷凍機油の液面が圧縮機構の冷媒吸入口に届かないと、圧縮機構に吸い込まれないので、吐出室側に冷凍機油がなかなか送り込まれず潤滑用の冷凍機油が供給不足になってしまう。それを防ぐためには、冷凍機油を必要な供給量よりも多めに封入しておかなければならなくなる。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、吸入室の電動モータの収容部分の底部に溜まった冷凍機油を圧縮機構に効率よく吸入させることができる電動コンプレッサを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の電動コンプレッサは、
冷媒の圧縮機構と、該圧縮機構を駆動軸を介して回転させる電動モータとを、前記圧縮機構で圧縮する冷媒が吸入されるハウジングの吸入室に、水平方向に間隔をおいて配置した電動コンプレッサにおいて、
前記吸入室に吸入される冷媒が通過する吸入冷媒通路を備えており、
前記吸入冷媒通路は、前記吸入室の冷媒が吸入される前記圧縮機構の吸入口よりも天地方向における下方の箇所に、前記吸入冷媒通路を通過した冷媒の前記吸入室に対する出口を有している、
ことを特徴とする。

本発明によれば、ハウジングの吸入室に配置された圧縮機構の冷媒の吸入口よりも天地方向における下方に溜まった貯留液体が、吸入口よりも天地方向における下方の箇所に出口を有する吸入冷媒通路を通過した吸入冷媒の流れによって、圧縮機構の吸入口よりも天地方向における上方に噴き上げられる。

そして、噴き上げられてミスト状となった吸入室の貯留液体が、吸入室の気相の冷媒に混じって吸入口から圧縮機構に吸入され、圧縮後の気相の冷媒と共に吐出室側に送り込まれる。

したがって、仮に、吸入室の圧縮機構の収容部分と電動モータの収容部分との間に電動モータと圧縮機構との胴径差により段差が存在し、電動コンプレッサの停止中に吐出室から流入した冷凍機油が、圧縮機構の吸入口よりも天地方向における下方に存在する吸入室の電動モータの収容部分の底部に溜まっても、電動コンプレッサの起動に伴い吸入室に吸入される冷媒により圧縮機構の吸入口よりも天地方向における上方にミスト状に噴き上げさせて、気相の冷媒と共に圧縮機構に吸入し吐出室側に送り込ませることができる。

このため、吸入室の電動モータの収容部分の底部に溜まった冷凍機油を圧縮機構に効率よく吸入させることができる。

一般的な電動コンプレッサの正断面図である。 図１の一般的な電動コンプレッサの停止中に吐出室から吸入室に流入した冷凍機油の貯留状態を模式的に示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの要部の構造を模式的に示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る電動コンプレッサの要部の構造を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用される一般的な構成の電動コンプレッサを示す正断面図である。

図１に示す電動コンプレッサ１は、略円筒状のハウジング２と、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、駆動力を生じるモータ部４（請求項中の電動モータに相当）と、モータ部４を制御するインバータ部５（請求項中の電動モータの駆動回路に相当）とを備えている。

略円筒状のハウジング２は、圧縮機構３とモータ部４とを内部に収容するリアケース７と、リアケース７の開口端を覆うように配置されるフロントケース９と、リアケース７と他側のフロントケース９に連結されるインバータケース１１とを有している。

有底筒状に形成されたリアケース７内に収容される圧縮機構３は、内周に楕円形状を有するシリンダブロック１３と、シリンダブロック１３の両端部を狭持するように配置されるサイドブロック１５と、シリンダブロック１３の内周に回転自在に収容されるロータ１７と、ロータ１７に形成されるベーン溝に収容されるベーン１９と、ロータ１７と一体に形成されて後述するモータ部４から駆動力が伝達されて回転する駆動軸２１とを有している。

なお、圧縮機構３がリアケース７に圧入して固定されることで、リアケース７の底面側に冷媒を吐出する吐出室４３が形成される。この吐出室４３には、気体状の冷媒と、吐出された冷媒に含まれる液体であるオイル等とを分離する気液分離器４７が配置されている。

また、サイドブロック１５のリアサイドブロック１５ａとフロントサイドブロック１５ｂとによってシリンダブロック１３の両端部を狭持することにより、シリンダブロック１３の内周にシリンダ室３５が形成される。ロータ１７が回転することにより、ロータ１７に形成されたベーン溝からベーン１９が飛び出し、ベーン１９の先端がシリンダブロック１３の内壁と当接し、さらにロータ１７が回転することによって、冷媒を圧縮している。圧縮した冷媒は上述した吐出室４３へ吐出される。

ロータ１７を回転させる駆動源となるモータ部４は、リアケース７の内周に沿って均等に配置される固定子２３と、固定子２３の内方側に配置されてロータ１７と一体に形成された駆動軸２１に圧入して固定されているモータロータ部２５とを有している。

固定子２３は、図示しないティース部にコイル３７を巻回することによって形成されており、このコイル３７に電流が流れることにより磁界を発生させ、固定子２３の内方に配置されるモータロータ部２５を回転させている。

また、複数のティースに巻回されたコイル３７を引き出して１箇所に集中させて結線するモータ中性点４５は、車両搭載時の車両上下方向Ｘ（請求項中の天地方向に相当）の上方側に形成されている。このモータ中性点４５は、後述するハーメチックターミナル３０を介してインバータ部５に接続されている。

モータ部４を制御するインバータ部５は、フロントケース９のリアケース７と他端側に形成され、インバータケース１１によって密閉されて形成されたインバータ室２６内に配置されている。

インバータ部５は、電子部品２７と基板２９とを有しており、電子部品２７は、発熱するスイッチング素子３９（インテンリジェントパワーモジュール等）と、スイッチング素子３９よりも突出高さの大きい背高部品４１（コモンモードコイル、ノーマルモードコイル、インバータ入力用コンデンサ、トランス、内部電源用コンデンサ等）とを有している。

インバータ室２６内に配置される電子部品２７は、電子部品２７の中でも駆動軸２１方向に突出高さの低いスイッチング素子３９をインバータ室２６の車両上下方向Ｘの下方側に配置し、スイッチング素子３９とよりも駆動軸２１方向の突出高さの高い背高部品４１をインバータ室２６の車両上下方向Ｘの上方側に配置している。

リアケース７とインバータケース１１との間には、フロントケース９が配置されている。リアケース７の開口端を覆うようにフロントケース９が配置されることにより、モータ室８（請求項中の吸入室に相当）が形成される。モータ室８には、上述した圧縮機構３とモータ部４が収容されており、モータ室８内の潤滑を保つためにオイルが封入されている。また、モータ室８の外周には、図示しない冷媒吸入口が設けられており、モータ室８内に冷媒を注入している。

フロントケース９内は、仕切壁２８によってモータ室８とインバータ室２６とに仕切られている。仕切壁２８には、上述したモータ部４とインバータ部５を電気的に接続するハーメチックターミナル３０が貫通して設けられている。ハーメチックターミナル３０は、フロントケース９の車両上下方向Ｘの上方側に配置されている。

このように構成された本実施形態の電動コンプレッサ１では、モータ部４が駆動されると駆動軸２１が回転し、駆動軸２１と一体に形成されたロータ１７が回転される。ロータ１７が回転されると、ロータ１７内のベーン溝に収容されたベーン１９が遠心力等によってベーン溝から飛び出して、シリンダブロック１３の内壁と摺接する。

これにより、不図示の吸入口から隣り合う２つのベーン１９間の圧縮室に吸入された冷媒が封入され、ロータ１７の回転に伴いベーン１９のロータ１７からの突出量が減って圧縮機構３の圧縮室の容積が減ることで、圧縮室の冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、図示しない吐出孔から吐出室４３へ吐出され、気液分離器４７を介して図示しない吐出口から冷凍サイクルへ冷媒に吐出され、冷凍サイクルを通過した後、モータ室８に吸入される。

モータ室８に吸入された冷媒には、気液分離器４７で冷媒から分離されて潤滑用や圧力源として各部に供給された冷凍機油Ｏが、ミスト状となって混入している。この冷媒が冷却のためにモータ部４に衝突した際に、冷媒中の冷凍機油Ｏのミストがモータ部４の表面に付着し、付着した冷凍機油Ｏのミストが凝集して液滴となり、モータ部４の表面を伝って落下し、ハウジング２のモータ室８の底部に溜まる。

なお、モータ部４が停止して電動コンプレッサ１による冷媒の圧縮動作が停止している間にも、吐出室４３とモータ室８（吸入室）との圧力差により吐出室４３の冷媒がモータ室８に逆流すると、逆流する冷媒と共に、吐出室４３に貯留された冷凍機油Ｏがモータ室８に流入し、ハウジング２のモータ室８の底部に溜まる。

ここで、圧縮機構３に冷凍サイクルの冷凍負荷に応じた冷媒圧縮を行うのに十分なトルクをモータ部４から供給するために、モータ部４の胴径が圧縮機構３の胴径よりも大きい場合、モータ室８の圧縮機構３の収容部分とモータ部４の収容部分との間には段差が生じる。

このような段差が生じると、先に説明したようにモータ室８の底部に溜まる冷凍機油Ｏは専ら、図２の説明図に示すように、胴径が大きいモータ部４の収容部分に溜まる。すると、圧縮機構３の吸入口４９が最下部に配置されているとしても、モータ部４の収容部分に溜まった冷凍機油Ｏの液面が吸入口４９に届かないと、圧縮機構３に冷凍機油Ｏを吸い込ませて吐出室４３側に送り込ませることができない。

そこで、本発明では、フロントケース９のモータ室８に冷媒を吸入する経路の構造として、以下に説明する構成を採用した。

図３は、本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサ１で用いるフロントケース９のモータ室８に冷媒を吸入する経路の構造の要部を模式的に示す説明図である。

図３に示す本実施形態の電動コンプレッサ１では、フロントケース９の仕切板２８のモータ室８に露出する面に、冷凍サイクルからの冷媒をモータ室８に吸入するための吸入冷媒通路５３を形成している。

冷凍サイクルから冷媒が流入する吸入冷媒通路５３の吸入ポート５５は、フロントケース９の車両上下方向Ｘの上方側に配置されている。また、吸入冷媒通路５３を通過した冷媒がモータ室８に流入する冷媒出口５７は、仕切壁２８の車両上下方向Ｘの下方側に開口されている。冷媒出口５７は、電動コンプレッサ１の停止中にモータ室８の胴径が大きいモータ部４の収容部分に溜まる冷凍機油Ｏの液面５９よりも車両上下方向Ｘの下方側に配置されており、圧縮機構３側に向けて開口している。

なお、仕切壁２８のインバータ室２６側の面のうち、反対側の面に吸入冷媒通路５３が存在する部分には、インバータ室２６のスイッチング素子３９や背高部品４１を当接させている。

このように構成された本実施形態の電動コンプレッサ１では、吸入ポート５５から吸入冷媒通路５３に吸入されて冷媒出口５７からモータ室８に流出する冷媒が、その流れの勢いによって、モータ室８のモータ部４の収容部分に溜まっている冷凍機油Ｏを、冷媒出口５７の開口の向きである圧縮機構３側に向けてモータ室８内に噴き上げる。

すると、噴き上げられてミスト状となった冷凍機油Ｏが、モータ室８の気相の冷媒に混じって、冷凍機油Ｏの液面５９よりも上方に配置された圧縮機構３の吸入口４９から圧縮機構３に吸入され、圧縮後の気相の冷媒と共に吐出室４３側に送り込まれる。

したがって、モータ室８の圧縮機構３の収容部分とモータ部４の収容部分との間にモータ部４と圧縮機構３との胴径差により段差が存在し、モータ室８内でモータ部４や圧縮機構３との衝突により冷媒から分離した冷凍機油Ｏが、圧縮機構３の吸入口４９よりも車両上下方向Ｘの下方側に位置するモータ室８のモータ部４の収容部分の底部に溜まっても、電動コンプレッサ１の起動に伴いモータ室８に吸入される冷媒により圧縮機構３の吸入口４９よりも上方にミスト状に噴き上げさせて、気相の冷媒と共に吸入口４９から圧縮機構３に吸入させ吐出室４３側に送り込ませることができる。

このため、モータ室８のモータ部４の収容部分の底部に溜まった冷凍機油Ｏを圧縮機構３に効率よく吸入させることができる。

また、吸入冷媒通路５３の吸入ポート５５をフロントケース９の上方側に配置し、冷媒出口５７をフロントケース９の下方側に配置したので、車両上下方向Ｘにおける吸入冷媒通路５３の寸法をある程度確保することができる。このため、仕切壁２８の吸入冷媒通路５３の裏側面に当接させたインバータ室２６のスイッチング素子３９や背高部品４１を、吸入冷媒通路５３を通過する冷媒によって効率よく冷却することができる。

なお、吸入冷媒通路５３の冷媒出口５７は、モータ室８のモータ部４の収容部分に溜まる冷凍機油Ｏの液面５９よりも車両上下方向Ｘの上方側に配置してもよい。具体的には、例えば、図４の説明図に示すように、吸入冷媒通路５３の冷媒出口５７を、冷凍機油Ｏの液面５９の斜め上方から圧縮機構３側に向けて冷媒が流出するように形成してもよい。

このように構成しても、液面５９に吹き付けられる冷媒の勢いで冷凍機油Ｏを噴き上げさせてミスト状とし、モータ室８の気相の冷媒に混じってミスト状の冷凍機油Ｏを、液面５９よりも上方に配置された圧縮機構３の吸入口４９から圧縮機構３に吸入させることができる。

また、圧縮機構３の吸入口４９は、電動コンプレッサ１が停止しモータ室８の冷凍機油Ｏが噴き上げられていない状態における冷凍機油Ｏの液面５９の位置よりも、車両上下方向Ｘにおける下方に配置してもよい。そのように構成すると、モータ部４（電動コンプレッサ１）の起動時には、モータ部４の収容部分の底部に溜まった冷凍機油Ｏをくぐった冷媒を圧縮機構３が吸入口４９から取り込んで圧縮することになる。このため、モータ部４の起動トルクを低減することができる。

しかも、モータ部４の起動後には、吸入冷媒通路５３の冷媒出口５７からモータ室８に流出する冷媒により冷凍機油Ｏが噴き上げられて、モータ部４の収容部分の底部に冷凍機油Ｏが溜まらなくなる。このため、冷媒が冷凍機油Ｏをくぐって圧縮機構３に取り込まれる状態がモータ部４の起動後も続くことはなく、モータ部４の始動後は冷媒を高い効率で圧縮することができる。

なお、以上の実施形態では、シリンダ室３５内でロータ１７を回転させるベーンロータリー式の圧縮機構３を有する電動コンプレッサ１に本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転体を回転させることで気体を吸入して圧縮する回転式の圧縮機構を有するコンプレッサをモータで回転させる場合に広く適用可能である。

本発明は、冷媒の圧縮機構を電動モータで駆動する電動コンプレッサにおいて利用することができる。

１ 電動コンプレッサ
２ ハウジング
３ 圧縮機構
４ モータ部（電動モータ）
５ インバータ部（駆動回路）
７ リアケース
８ モータ室（吸入室）
９ フロントケース
１１ インバータケース
１３ シリンダブロック
１５ サイドブロック
１５ａ リアサイドブロック
１５ｂ フロントサイドブロック
１７ ロータ
１９ ベーン
２１ 駆動軸
２３ 固定子
２５ モータロータ部
２６ インバータ室
２７ 電子部品
２８ 仕切壁
２９ 基板
３０ ハーメチックターミナル
３５ シリンダ室
３７ コイル
３９ スイッチング素子
４１ 背高部品
４３ 吐出室
４５ モータ中性点
４７ 気液分離器
４９ 吸入口
５３ 吸入冷媒通路
５５ 吸入ポート
５７ 冷媒出口
５９ 液面
Ｏ 冷凍機油
Ｘ 車両上下方向（天地方向）

Claims (4)

1. 冷媒の圧縮機構（３）と、該圧縮機構（３）を駆動軸（２１）を介して回転させる電動モータ（４）とを、前記圧縮機構（３）で圧縮する冷媒が吸入されるハウジング（２）の吸入室（８）に、水平方向に間隔をおいて配置した電動コンプレッサ（１）において、
   前記吸入室（８）に吸入される冷媒が通過する吸入冷媒通路（１３）を備えており、
   前記吸入冷媒通路（５３）は、前記吸入室（８）の冷媒が吸入される前記圧縮機構（３）の吸入口（４９）よりも天地方向（Ｘ）における下方の箇所に、前記吸入冷媒通路（５３）を通過した冷媒の前記吸入室（８）に対する出口（５７）を有している、
   ことを特徴とする電動コンプレッサ（１）。
2. 前記ハウジング（２）は、前記吸入室（８）と仕切壁（２８）により仕切られて前記電動モータ（４）の駆動回路（５）が収容される回路室（２６）を有しており、前記吸入冷媒通路（５３）は、前記仕切壁（２８）の前記吸入室（８）側の面に形成されていて、前記ハウジング（２）の前記出口（５７）よりも前記天地方向（Ｘ）における上方の箇所に冷凍サイクルからの冷媒の吸入ポートを有しており、前記仕切壁（２８）の前記回路室（２６）側の面における前記吸入冷媒通路（５３）に対応する部分に前記駆動回路（５）が当接されていることを特徴とする請求項１記載の電動コンプレッサ（１）。
3. 前記出口（５７）は、前記圧縮機構（３）に向けて開口していることを特徴とする請求項１又は２記載の電動コンプレッサ（１）。
4. 前記出口（５７）は、前記電動モータ（４）の起動時における前記吸入室（８）の貯留液体の液面よりも前記天地方向（Ｘ）における下方に形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の電動コンプレッサ（１）。

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