JP3921803B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用や車輛用エアコン装置に用いられる電動圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動圧縮機においては、圧縮機の機構部分と電動機とがシャフトにより直列的に連結されていた。
このため、電動圧縮機はモータ軸方向に長くなるという問題があった。特に、圧縮機を密閉型にする場合は、電動モータと圧縮機の機構部分とが密閉容器内に収納するため、密閉容器が大型化し、設置スペース及び重量が大きくなるという問題があった。
このような問題点に対するものとして、特開平２−３０５３８０号公報に記載された発明がある。この発明は、モータの固定子をケーシング内面に固定し、モータの回転子を主軸を介してケーシングに回転自在に支持するとともに、回転子の端面に対し所定間隔をおいて、ピストンを往復動させるための運動伝達機構として斜板を配設している。また、モータの回転子内の一定円周上に、主軸に対し斜板方向に向かって遠心方向に傾斜した複数のシリンダ及びピストンを配設している。
しかしながら、この発明の場合は、回転子内の一定円周上に複数のピストンを配設するため、回転子の直径が大きくなり、また、運動伝達機構としての斜板を回転子の外に配設しているため、長さ方向も長くなっており、なお改善の余地が残されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、電動モータの回転子内に圧縮機構全体を組み込むことにより、コンパクト化を図った電動圧縮機を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、密閉容器と、該密閉容器に内蔵された固定子、回転子等を有する電動モータと、前記回転子の中心部に中心軸線方向に配設されたカム面を有するカム穴と、該カム穴の中心部に中心軸線方向に配設され、前記密閉容器に固定された固定軸と、該固定軸の半径方向に穿設され一端が固定軸の外周面に開放されたシリンダと、該シリンダ内に摺動、かつ往復動可能に収納され、更に、外端面が前記カム面に摺接し、前記回転子の回転に伴い前記カム面により往復動するように形成されたピストンと、前記シリンダに吸入弁を介して連通するように、前記固定軸の一端部に形成された吸入通路と、該シリンダに吐出弁を介して連通するように、前記固定軸の他端部に形成された吐出通路とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の発明では、前記シリンダ及びピストンは、前記固定軸において該固定軸の軸方向に複数配設されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の発明では、前記固定軸は、断面形状が円形であり、前記カム穴は、断面形状が円形であり、かつ、前記回転子の中心軸線に対し偏心されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明では、前記固定軸は、断面形状が円形であり、前記カム穴は、断面形状が複数のカム面を構成するように形成され、前記回転子が１回転する毎に前記ピストンを前記複数のカム面により当該複数回往復動させるごとくしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項５記載の発明では、前記電動圧縮機に使用される冷媒が二酸化炭素あることを特徴とする。
【０００９】
従って、上記のように構成された請求項１〜５記載の電動圧縮機においては、電動モータの回転子が回転されることによりピストンが往復動し、外部の冷媒回路から吸入通路及び吸入弁を介して冷媒が吸入され、シリンダ内で圧縮され、圧縮された冷媒が吐出弁を介し吐出通路から外部の冷媒回路へ吐出される。
このように、電動モータ内に圧縮機構が完全に一体的に形成されているため、スペースが節減され、重量が軽減される。なお、電動圧縮機は、車輛エアコン用圧縮機の分野においては、エンジン駆動圧縮機に比し回転数が約３〜１０倍程度に増速して使用されるため、シリンダボリュームは小さくてよく、このような構成を採用することが容易となる。
【００１０】
また、請求項２記載の電動圧縮機においては、固定軸の軸方向に複数のシリンダ及びピストンを配設しているので、電動圧縮機の外形寸法を大きくすることなく、シリンダ及びピストンの個数に応じて圧縮容量が大きくなる。
【００１１】
また、請求項３記載の電動圧縮機においては、カム穴及び固定軸の断面形状が円形であるため、製作が容易となる。
【００１２】
また、請求項４記載の電動圧縮機においては、複数のカム面により回転子が１回転される毎にピストンが複数回往復動されるため、圧縮容量が複数倍になる。
【００１３】
また、請求項５記載の電動圧縮機においては、冷媒として二酸化炭素を使用しているため、冷媒の容積がフロン系冷媒を使用する場合に比し極めて小さいものとなる、例えば、フロン系冷媒としてＲ１３４ａを使用する場合に比し約５分の１程度となる。従って、本電動圧縮機においてはシリンダボリュームがそれだけ小さなものとなり、電動モータの回転子に上記のような構成を採用することがより容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両用エアコン装置に具体化した第１の実施の形態を図１〜３に基づいて詳細に説明する。
図１は、第１実施の形態に係わる電動圧縮機についての縦断面図であり、図２は図１におけるIIーII断面図である。
これら図において、１は、密閉容器であるが、この密閉容器１は断面形状が円形のコップ状の容器本体２と、この容器本体２の開放端を閉塞する蓋体３とからなる。１０は電動モータであり、この電動モータ１０は、固定子１１、回転子１２、電源を接続するための端子１４等から構成されている。固定子１１は容器本体２の内周面に固定されている。
【００１５】
回転子１２は、両端部において、蓋体３の中心部から容器本体２の側壁２ａに向けて突設された断面形状が円形の固定軸２２に対し、ラジアル軸受１３を介して回転自在に支持されている。また、容器本体２の側壁２ａに突設された環状突起部２ｂと回転子１２の側面との間、及び、蓋体３の側面と回転子１２の側面との間にはそれぞれスラスト軸受１５が配設され、回転子１２に作用するスラスト荷重を支持するように構成されている。尚、回転子１２の中心線と、固定軸２２の中心線とは一致するように支持されている。
【００１６】
この回転子１２の中央部分には、回転子１２の中心線に対し所定寸法偏心し、かつ断面形状が所定直径の円形としたカム穴２１が形成されている。
容器本体２の側壁２ａの中央部には吸入ポート２３が形成され、その内側、即ち環状突起部２ｂ内であって、側壁２ａと固定軸２２の先端面との間には吸入室２４が形成されている。また、蓋体３の中央部外面側には円筒状空間として形成された吐出室２５が形成され、この吐出室２５の開放口は中央部に吐出ポート２６を有する座板２７により閉蓋されている。
【００１７】
固定軸２２の中央部分には、半径方向にシリンダ３１が穿設され、このシリンダ３１に対し、摺動、かつ往復動自在に円筒状ピストン３２が嵌入されている。また、このピストン３２は、シリンダ３１の先端部に設けられた弾性部材３３、例えばコイルスプリングにより、基端部が前記カム穴２１のカム面２１ａを押圧するように付勢されている。
また、固定軸２２の先端側には、吸入室２４と連通する吸入通路３５が形成され、更に、固定軸２２の基端側には吐出室２５に連通する吐出通路３７が形成されている。そして、シリンダの先端部は、吸入弁３６を介して吸入通路３５と連通され、更に、吐出弁３８を介して吐出通路３７に連通されている。
そして、前記カム穴２１の円形のカム面２１ａは、回転子１２が１回転したときにピストン３２が円滑に１往復動するように表面加工されている。
【００１８】
次に、このように構成された電動圧縮機の動作について説明する。
端子１４から電動モータ１０に電気が供給されると回転子１２が回転する。この回転に伴い偏心したカム穴２１のカム面２１ａに摺接するピストン３２がシリンダ３１内で往復動される。ピストン３２が下死点に近付くとシリンダ３１内が低圧となり、所定圧力になると吸入弁３６が開放され、吸入通路３５を介し冷媒ガスが吸入される。また、ピストン３２が上死点に近付くとシリンダ３１内の冷媒ガスが圧縮されて高圧となり、所定圧力になったときに吐出弁３８が開放され、高圧の冷媒ガスが吐出通路３７を介して吐出される。なお、高圧の冷媒ガスは吐出通路３７から吐出室２５及び吐出ポート２６を経て外部冷媒回路に吐出される。この場合使用される冷媒を二酸化炭素とすると、蒸発圧力が高いため高圧とする。このため、高密度となり、したがって極小容量であっても十分機能する。
このように電動圧縮機は、回転子１２が１回転する毎にピストンが１往復し、吸入、圧縮、吐出の１サイクルが終了される。
【００１９】
上述の実施の形態においては、カム穴２１、固定軸２２、シリンダ３１、ピストン３２、吸入弁３６、吐出弁３８などの圧縮機構を構成する部材が全て電動モータ１０の回転子１２内に収納されているので、電動圧縮機は、電動モータ１０の軸長方向に長くなることがなく、コンパクトに構成される。
【００２０】
次に、図３〜図８に基づき圧縮機構部分を変形した他の実施の形態について説明する。なお、これら実施の形態において、その他の点は第１実施の形態と同じであることを前提としている。従って、圧縮機構部分のみを図示するとともに、同一構成要素には同一の符号を使用し、以下その内容を簡略化して説明する。
第２実施の形態は、図１におけるピストン３２を、図３に示すように固定軸２２の軸方向に長くしたピストン１３２を採用するものである。このようにピストン１３２を長くすることにより、シリンダボリュームが増大し、圧縮容量を大きくすることができる。なお、この実施の形態においてはピストンが長くなるため、前記第１実施の形態のようなコイルスプリング３３を弾性部材として採用する場合はシリンダ先端部に複数配置する必要がある。
【００２１】
第３実施の形態は、図４及び図５に図示するように、前記第１実施の形態におけるシリンダ３１を複数（この場合３個）同一半径方向に穿設し、これらシリンダ３１を軸方向に直列的に配置し、更に、これらシリンダ３１にそれぞれピストン３２を収納している。また、これらシリンダ３１間を連通路２３９及び２４０により連通させている。従って、回転子１２が回転すると、カム穴２１によりこれらピストン３２が同時に往復動する。また、ピストン３２の往復動に伴い冷媒ガスが吸入通路３５及び吸入弁３６を介し、また、図面上右側二つのシリンダ３１については更に連通路２３９、２４０を介しシリンダ３２に冷媒ガスが吸入される。また、シリンダ３２から連通路２３９、２４０、吐出弁３８、吐出通路３７を介し冷媒ガスが吐出される。
このように構成することにより、電動圧縮機の外径を大きくすることなく、圧縮容量を複数倍（この場合３倍）とすることができる。また、同一カム面を使用しており、また、同一半径方向に穿設した各シリンダ間を連通路２３９、２４０で連通する構造であるので、構造が簡略化される。
【００２２】
第４実施の形態は、図６及び図７に図示するように、前記第１実施の形態におけるシリンダ３１を３個円周上に１２０度位相をずらせて半径方向に穿設し、かつ、これらシリンダ３１を軸方向に分散配置し、これらシリンダ３１にそれぞれピストン３２を収納している。また、これらシリンダ３１に対する吸入通路３５及び吐出通路３８は、図７に図示した様に、それぞれのシリンダ３１の底部位置Ａ，Ｂ、Ｃにそれぞれ設けることにより、前記第１実施の形態の場合と同様に吸入弁（図示しない）または吐出弁（図示しない）を介して、個別に吸入室２４と吐出室２５に連通させている。
従って、回転子１２が回転すると、カム穴２１によりこれらピストン３２が１２０度位相を異ならせた位置で吸入圧縮作用が行われるので、半径方向の荷重バランスが改善される。また、回転子１２の１回転当たり３回圧縮サイクルが行われるので、前記第３実施の形態と同様に電動圧縮機の外径を大きくすることなく、圧縮容量を複数倍（この場合３倍）とすることができる。
【００２３】
次に、第５及び第６実施の形態は、前記第１実施の形態におけるカム穴２１を、複数のカム面を有するカム穴に変更し、回転子１２を１回転させることにより、複数回ピストン３２を往復動させるごとくしたものである。
【００２４】
第５実施の形態は、図８に示すように二つのカム面２２１ａ，２２１ｂを有するカム穴２２１に形成している。この場合ピストン３２は、回転子１２が１回転する毎に、それぞれのカム面２２１ａ，２２１ｂと１回当接して往復動し、それぞれのカム面で１回の圧縮サイクルが行われる。従って、回転子１２が１回転することにより、ピストン３２は２回往復動し、２回の圧縮サイクルが行われる。このため、電動圧縮機の外径を大きくすることなく、圧縮容量を２倍とすることができる。
【００２５】
第６実施の形態は、図９に示すように三つのカム面３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃを有するカム穴３２１に形成している。この場合ピストン３２は、回転子１２が１回転する毎に、それぞれのカム面３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃと１回当接して往復動し、それぞれのカム面で１回の圧縮サイクルが行われる。従って、回転子１２が１回転することにより、ピストン３２は３回往復動し、３回の圧縮サイクルが行われる。このため、電動圧縮機の外径を大きくすることなく、圧縮容量を３倍とすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。
請求項１〜４記載の発明によれば、電動モータ内に圧縮機構が完全に一体的に形成されているため、スペースが節減され、重量が軽減される。なお、電動圧縮機は、車両エアコン用圧縮機の分野において、エンジン駆動圧縮機に比し回転数が約３〜１０倍程度に増速して使用されるため、シリンダボリュームは小さくてよく、このような構成を採用することが容易となる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、電動圧縮機の外形寸法を大きくすることなく、シリンダ及びピストンの個数に応じて圧縮容量を大きくすることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、カム穴及び固定軸の断面形状が円形であるため、製作が容易となる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、複数のカム面により回転子が１回転される毎にピストンが複数回往復動されるため、圧縮容量を複数倍にすることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、冷媒として二酸化炭素を使用するため、小容量となって圧縮機構が小型化され、電動モータの回転子に上記のような構成を採用することがより容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明第１実施の形態の電動圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】 図１のIIーII断面図である。
【図３】 本発明第２実施の形態の圧縮機構部分を示す斜視図である。
【図４】 本発明第３実施の形態の圧縮機構部分を示す斜視図である。
【図５】 本発明第３実施の形態の電動圧縮機の圧縮機構部分の側断面図である。
【図６】 本発明第４実施の形態の圧縮機構部分を示す斜視図である。
【図７】 本発明第４実施の形態の圧縮機構部分を示す正面断面図である。
【図８】 本発明第５実施の形態の圧縮機構部分を示す正面断面図である。
【図９】 本発明第６実施の形態の圧縮機構部分を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１…密閉容器、２…容器本体、２ａ…容器本体の側壁、２ｂ…環状突起部、３…蓋板、１０…電動モータ、１１…固定子、１２…回転子、１３…軸受、１４…端子、１５…スラスト軸受、２１、２２１、３２１…カム穴、２１ａ、２２１ａ、２２１ｂ，３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃ…カム面、２２…固定軸、２３…吸入孔、２４…吸入室、２５…吐出室、２６…吐出孔、２７…座板、３１…シリンダ、３２、１３２…ピストン、３３…弾性部材、３５…吸入通路、３６…吸入弁、３７…吐出通路、３８…吐出弁、２３９、２４０…連通路。

Claims (5)

1. 密閉容器と、該密閉容器に内蔵された固定子、回転子等を有する電動モータと、
   前記回転子の中心部に中心軸線方向に配設されたカム面を有するカム穴と、
   該カム穴の中心部に中心軸線方向に配設され、前記密閉容器に固定された固定軸と、
   該固定軸の半径方向に穿設され一端が固定軸の外周面に開放されたシリンダと、
   該シリンダ内に摺動、かつ往復動可能に収納され、更に、外端面が前記カム面に摺接し、前記回転子の回転に伴い前記カム面により往復動するように形成されたピストンと、
   前記シリンダに吸入弁を介して連通するように、前記固定軸の一端部に形成された吸入通路と、
   前記シリンダに吐出弁を介して連通するように、前記固定軸の他端部に形成された吐出通路とを備えたことを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記シリンダ及びピストンは、前記固定軸において前記固定軸の軸方向に複数配設されていることを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
3. 前記固定軸は、断面形状が円形であり、前記カム穴は、断面形状が円形であり、かつ、前記回転子の中心軸線に対し偏心されていることを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
4. 前記固定軸は、断面形状が円形であり、前記カム穴は、断面形状が複数のカム面を構成するように形成され、前記回転子が１回転する毎に前記ピストンを前記複数のカム面により当該複数回往復動させるごとくしたことを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
5. 使用される冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１〜４何れか１項に記載の電動圧縮機。

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