JP3924853B2

JP3924853B2 - 複合型圧縮装置

Info

Publication number: JP3924853B2
Application number: JP19883097A
Authority: JP
Inventors: 雅文中島; 剛史脇阪; 猛酒井; 宏木下; 三起夫松田; 博史小川
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JPH1162826A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータとエンジン等の電動モータ以外の外部駆動源とにより駆動される複合型圧縮装置（ハイブリッド型圧縮機）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば実開平６−８７６７８号公報に記載の発明では、エンジン停止時には、電動モータにより複合型圧縮装置の圧縮機構を駆動し、エンジン稼働時には、Ｖベルトおよび電磁クラッチを介してエンジンの駆動力を圧縮機構の可動部に伝達して圧縮機構を駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の発明では、電動モータの回転子と圧縮機構の可動部とが一体的に回転するため、エンジン側から見た複合型圧縮装置の回転系の慣性モーメントが、エンジンのみによって駆動される圧縮機の回転系の慣性モーメントに比べて大きくなる。このため、電磁クラッチを繋いだ時の衝撃（ショック）が大きいので、回転子のシャフトやＶベルト等の駆動系の損傷を招くおそれがある。
【０００４】
また、上記公報に記載の複合型圧縮装置を車両用冷凍サイクルに用いた場合には、電磁クラッチを繋いだ時の衝撃（ショック）が乗員に伝わり、乗員に対して不快感を与えてしまう。
本発明は、上記点に鑑み、外部駆動源により圧縮機構を駆動する時の衝撃を小さくすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に記載の発明では、ハウジング（２０３）と、ハウジング（２０３）に対して固定した固定部（２０２）、および固定部（２０２）に対して可動する可動部（２０１）を有して構成され、流体を吸入圧縮する圧縮機構（２００）と、外部駆動源に連動して回転するヨーク（４０２）、およびヨーク（４０２）内で回転するとともに可動部（２０１）に連結された回転子（４０３）を有して構成された電動モータ部（４００）と、可動部（２０１）の回転を停止させる停止機構（３００）とを備え、外部駆動源により圧縮機構（２００）を稼働させるときには、磁気を帯びたヨーク（４０２）を外部駆動源により回転させて回転子（４０３）周りに回転磁界を発生させ、その回転磁界により回転子（４０３）を回転駆動させ、電動モータ部（４００）にて発電させるときには、外部駆動源よりヨーク（４０２）を回転させた状態で、停止機構（３００）により可動部（２０１）の回転を停止させることを特徴とする。
【０００６】
これにより、外部駆動源から圧縮機構（２００）に駆動力を伝達する電磁クラッチを廃止できるとともに、ヨーク（４０２）および回転子（４０３）は、電磁継手として作用するので、電磁クラッチのごとく、摩擦力によって駆動力を伝達する手段に比べて、外部駆動源の駆動力を圧縮機構（２００）に滑らかに伝達することができる。したがって、外部駆動源により圧縮機構（２００）を駆動する時のショックを小さくすることができるので、駆動系の損傷を防止することができる。
【０００７】
また、本発明に係る複合型圧縮装置を車両用冷凍サイクルに用いた場合には、圧縮機構（２００）を外部駆動源にて起動する時のショックを緩和することができるので、乗員に対して不快感を与えることを防止することができる。
また、本発明では、外部駆動源、圧縮機構（２００）および電動モータ部（４００）間の駆動力の伝達にあたって、電磁クラッチ等の断続可能に駆動力を伝達する機能のみを有するクラッチ専用機構を有しておらず、外部駆動源から圧縮機構（２００）への駆動力を伝達は、電動モータ部（４００）を電磁継手として利用することにより行っている。したがって、複合型圧縮装置全体の機構を簡素化することができるので、複合型圧縮装置の小型化を図りつつ、製造原価低減を図ることができる。
【０００８】
因みに、本明細書でいう圧縮機構とは、気体等の圧縮性流体を圧縮する機構は勿論、液体等の非圧縮性流体を圧送するポンプ機構をも包含する概念である。
ところで、複合型圧縮装置では、上記公報に記載のごとく、外部駆動源にて圧縮機構（２００）を駆動する際に可動部（２０１）とともに回転子（４０３）を回転させて発電を行うことができる。
【０００９】
しかし、上記公報に記載の発明では、回転子と可動部とが一体的に回転するため、圧縮機構のみ稼働させる、または発電のみを行うといったことができない。このため、上記公報に記載の発明を車両用冷凍サイクルの圧縮装置のごとく、圧縮装置をエンジンの稼働に必ず連動させて行う必要がない装置においては、以下のような問題が発生する。
【００１０】
すなわち、発電は、エンジン稼働中は常に行うのに対して、車両用冷凍サイクルは、電磁クラッチを制御して必要に応じて圧縮機装置を作動させるものである。したがって、上記公報に記載の複合型圧縮装置では、発電を行う際には必ず圧縮機構を稼働してしまうため、エンジンは、発電を行う際に、圧縮機構を稼働させるという不必要な仕事をする必要があり、エンジンの燃料消費率の悪化を招いてしまう。
【００１１】
そこで、電動モータ部（４００）にて発電させるときには、外部駆動源よりヨーク（４０２）を回転させた状態で、停止機構（３００）により前記可動部（２０１）の回転を停止させる。これにより、後述するように、圧縮機構（２００）を稼働させることなく、発電を行うことができるので、外部駆動源は、電動モータ部（４００）にて発電を行う際に、圧縮機構（２００）を稼働させるという不必要な仕事をしない。
また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の複合型圧縮装置において、停止機構（３００）は、可動部（２０１）の回転軸方向に対して交差する方向に可動する停止ピン（３０２）と、停止ピン（３０２）を可動させる電磁駆動部（３０３）と、可動部（２０９）に形成され、停止ピン（３０２）に係止される係止部（３０１）とを有して構成されていてもよい。
また、請求項３に記載の発明では、ハウジング（２０３）と、ハウジング（２０３）に対して固定した固定部（２０２）、および固定部（２０２）に対して可動する可動部（２０１）を有して構成され、流体を吸入圧縮する圧縮機構（２００）と、外部駆動源に連動して回転するヨーク（４０２）、およびヨーク（４０２）内で回転するとともに可動部（２０１）に連結された回転子（４０３）を有して構成された電動モータ部（４００）と、ヨーク（４０２）のうち回転子（４０３）に面する内壁に配設された永久磁石（４０１）と、回転子（４０３）に巻かれた巻線（４０７）とを備え、外部駆動源により圧縮機構（２００）を稼働させるときには、磁気を帯びたヨーク（４０２）を外部駆動源より回転させて回転子（４０３）周りに回転磁界を発生させるとともに、巻線（４０７）を短絡させて閉回路を構成し、回転磁界により回転子（４０３）を回転駆動させ、電動モータ部（４００）にて発電させるときには、巻線（４０７）に誘起される起電力を取り出すことを特徴とする。
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、外部駆動源により圧縮機構（２００）を駆動する時のショックを小さくすることができ、車両用冷凍サイクルに用いた場合に、乗員に対して不快感を与えることを防止することができる。また、複合型圧縮装置の小型化を図りつつ、製造原価低減を図ることができる。
【００１２】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る複合型圧縮装置（以下、圧縮装置と略す。）１００を車両用冷凍サイクル用の圧縮装置に適用したものであって、図１は圧縮装置１００の断面図である。
【００１４】
２００は冷媒（流体）を吸入圧縮する圧縮機構であり、この圧縮機構２００は、可動スクロール（可動部）２０１および固定スクロール（固定部）２０２を有する周知のスクロール型圧縮機構である。
また、固定スクロール２０２はフロントハウジング２０３にボルト（図示せず）により固定されており、一方、可動スクロール２０１は、フロントハウジング２０３および固定スクロール２０２により形成された空間２０４内に配設された状態で、スクロールシャフト２０５により回転（旋回）駆動される。
【００１５】
なお、スクロールシャフト２０５の一端側には、スクロールシャフト２０５の回転軸線から所定量偏心した位置に偏心部（クランク部）２０６が形成されており、可動スクロール２０１は、偏心部２０６に配設された略円筒状のブッシング２０７および軸受２０８を介して偏心部２０６に組付けられている。
因みに、２０９は、可動スクロール２０１と一体に回転するとともに、可動スクロール２０１の回転（旋回）に伴って可動スクロール２０１に作用する遠心力を相殺するバランサであり、２１０はスクロールシャフト２０５を回転可能に支持する軸受である。
【００１６】
また、２１１は、固定スクロール２０２の端板部２０２ａにボルト（図示せず）により固定されたリアハウジングであり、このリアハウジング２１１および端板部２０２ａにより吐出ポート２０２ｂから吐出される冷媒の吐出室２１２が形成されている。
そして、リアハウジング２１１には、冷媒中に混合した潤滑油を冷媒から分離抽出するオイルセパレータ２１３、およびオイルセパレータ２１３にて分離抽出された潤滑油が滞留するオイル溜まり室２１４が形成されている。なお、オイル溜まり室２１４は、冷媒が吸入される吸入ポート２１５に連通しており、オイル溜まり室２１４に滞留した潤滑油は、吸入ポート２１５から冷媒が作動室Ｖ_Cに吸入されるときの吸入負圧により冷媒とともに作動室Ｖ_Cに吸入されて摺動部の潤滑を行う。
【００１７】
因みに、作動室Ｖ_Cとは、両スクロール２０１、２０２によって形成される空間であって、可動スクロール２０１の回転とともに体積が拡大縮小する空間を言う。
また、バランサ２０９の外周壁２０９ａには、図２に示すように、バランサ２０９の径外方側に向けて突出する段差部（係止部）３０１が形成され、一方、外周壁２０９ａに対応するフロントハウジング２０３には、バランサ２０９の径方向（可動スクロール２０１の回転軸方向に対して直交する方向）に可動する停止ピン３０２が配設されている。
【００１８】
また、３０３は停止ピン３０２の先端を外周壁２０９ａに押し付ける向きに可動させるソレノイドコイル（電磁駆動部）であり、３０４はソレノイドコイル３０３により発生する電磁力と反対向き（バランサ２０９の径外方向き）の弾性力を発生するバネ（弾性体）である。
ところで、フロントハウジング２０３を挟んで可動クロール２０１と反対側には、図１に示すように、圧縮機機構２００（可動クロール２０１）を駆動する直流電動モータ部（以下、モータ部と略す。）４００が構成されている。
【００１９】
そして、このモータ部４００は、永久磁石４０１が内壁面に配設されたヨークハウジング（以下、ヨークと略す。）４０２と、このヨーク４０２内で回転する回転子（アーマチャ）４０３と、コンミテータ（スリップリング）４０４ａおよびブラシ４０４ｂからなる給電部４０４とを有して構成されている。
また、ヨーク４０２は、軸受４０５を介してフロントハウジング２０３に対して回転子４０３周りに回転可能に支持されており、このヨーク４０２は、ヨーク４０２のフロントハウジング２０３側端部に一体形成されたプーリ部４０２ａに掛けられたベルト（図示せず）を介してエンジン（図示せず）の稼働に連動して回転する。
【００２０】
一方、回転子４０３のモータシャフト４０３ａは、その端部に形成されたスプラインによりスクロールシャフト２０５に結合されている。このため、モータシャフト４０３ａ（回転子４０３）とスクロールシャフト２０５（可動スクロール２０１）とは、常に一体的に回転ないし停止する。
因みに、４０６ａ、４０６ｃは、モータシャフト４０３ａ（回転子４０３）を回転可能に支持する軸受であり、４０６ｂはシャフトシールである。
【００２１】
なお、図３はモータ部４００（回転子４０３）の電気結線図であり、４０７は回転子４０３の巻線を示し、４０８は車両に搭載されたバッテリを示し、４０９は整流器を示している。また、４１０は巻線４０７の巻線端子を示し、４１１はバッテリ４０８のバッテリ端子を示しており、これら端子４１０、４１１は制御装置（図示せず）により、それらの結線状態が切り換えられる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る圧縮装置１００の作動を述べる。
１．エンジン（外部駆動源）停止時にモータ部４００により圧縮機構２００を駆動する場合
巻線端子４１０とバッテリ端子４１１とを接続し（図４参照）、回転子４０３（巻線４０７）に通電する。
【００２３】
これにより、エンジンの圧縮反力が回転子４０３（巻線４０７）とヨーク４０２との間に発生する電磁トルクに比べて十分に大きいため、回転子４０３のみが回転し、圧縮機構２００（可動スクロール２０１）が駆動される。
２．エンジン稼働時にエンジンにより圧縮機構２００を駆動する場合
巻線４０７を巻線端子４１０にて短絡させて閉回路を構成する（図５参照）。
【００２４】
これにより、ヨーク４０２とともに永久磁石４０１が回転子４０３周りに回転するので、回転子４０３周りに回転磁界が発生することとなる。したがって、モータ部４００は誘導電動機（インダクションモータ）と相似状態になるので、誘導電動機の２次巻線に相当する巻線４０７に誘導電流が誘起され、回転子４０３を回転駆動させるトルクが発生する。
【００２５】
このため、回転子４０３は、巻線４０７に誘起された誘導電流に応じた速度差（ヨーク４０２と回転子４０３との回転速度差）を有してヨーク４０２とともに回転するので、エンジンからの駆動力がモータシャフト４０３ａを介して可動スクロール２０１に伝達され、圧縮機構２００が駆動される。
３．エンジン稼働時にモータ部４００にて発電する場合
巻線端子４１０とバテッリ端子４１１とを整流器４０９を介して接続する（図６参照）とともに、ソレノイドコイル３０３に通電する。
【００２６】
これにより、停止ピン３０２の先端がバランサ２０９の外周壁２０９ａに接触するとともに（図７参照）、可動スクロール２０１（バランサ２０９）がエンジンからの駆動力を受けて回転してゆき、段差部３０１が停止ピン３０２の先端にて係止される（図８参照）。
このため、可動スクロール２０１の回転が停止すると同時に回転子４０３が停止するため、巻線端子４１０に誘導起電力が発生して発電が行われ、その発電された電力がバッテリ４０８に充電される。
【００２７】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、前述のごとく、圧縮機構２００を稼働させることなく、発電を行うことができるので、エンジンは、発電を行う際に、圧縮機構２００を稼働させるという不必要な仕事をしない。したがって、エンジンの燃料消費率の向上を図ることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、エンジン、圧縮機構２００およびモータ部４００間の駆動力の伝達にあたって、電磁クラッチ等の断続可能に駆動力を伝達する機能のみを有するクラッチ専用機構を有しておらず、エンジンから圧縮機構２００への駆動力を伝達は、モータ部４００を電磁継手（電磁カップリング）として利用することにより行っている。
【００２９】
したがって、電磁クラッチのごとく、摩擦力によって駆動力を伝達する手段に比べて、エンジンの駆動力を圧縮機構２００に滑らかに伝達することができるので、エンジンにより圧縮機構２００を駆動する時のショックを小さくすることができる。延いては、スクロールシャフト２０５やモータシャフト４０３ａ等の駆動系の損傷を防止することができるとともに、エンジンにて起動する時のショックを緩和することができるので、乗員に対して不快感を与えることを防止することができる。
【００３０】
また、電動モータ部４００を電磁継手（電磁カップリング）として利用しているので、電磁クラッチを廃止することができ、圧縮装置１００全体の機構を簡素化することができるとともに、圧縮装置１００の小型化を図ることができる。したがって、圧縮装置１００の製造原価低減を図りつつ、車両への搭載性を向上させることができる。
【００３１】
なお、本実施形態によれば、圧縮装置１００のモータ部４００により発電を行うことができるので、車両の発電機の容量の小型化または廃止を図ることができる。ところで、巻線４０７の抵抗値を変化させることにより、ヨーク４０２と回転子４０３との回転速度差を変化させることができるので、巻線４０７の抵抗値を変化させることにより、圧縮機構２００の運転状態を制御することができる。したがって、電磁クラッチ等で圧縮機構２００の運転状態を制御する手段に比べて、容易に圧縮機構２００の運転状態を制御することができる。
【００３２】
因みに、上記公報に記載の複合型圧縮装置では、回転子の径外方側に相当する部位にプーリが形成されているのに対して、本実施形態では、図１に示すように、回転子４０３の径寸法の影響を受けない部位（巻線４０７が存在しない部位）に相当する部位にプーリ４０２ａが形成されている。
このため、本実施形態では、上記公報に記載の複合型圧縮装置に比べて、プーリ４０２ａの径寸法を比較的自由に設定することができるので、圧縮装置１００の容量に適した回転数にて圧縮装置１００を回転駆動することができるようにプーリ４０２ａの径寸法を選定することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
上述の実施形態では、段差部３０１、停止ピン３０２およびソレノイドコイル３０３により可動スクロール２０１の回転を停止させる停止機構３００（図１参照）を構成したが、本実施形態では、図９に示すように、圧縮機２００の吐出ポート２０２ｂに電磁弁３０５を配設し、電磁弁３０５により吐出ポート２０２ｂを開閉することによって停止機構３００を構成したものである。
【００３４】
以下、本実施形態に係る停止機構３００の作動原理を述べる。
すなわち、吐出ポート２０２ｂを閉じた状態で、可動スクロール２０１を所定量回転させることにより、オイル溜まり室２１４に滞留していた潤滑油を吸入ポート２１５より作動室Ｖ_C内に吸入させるとともに作動室Ｖ_C内の圧力を上昇させる。そして、ヨーク４０２と回転子４０３との間に発生するトルクより可動スロール２０１に作用する圧縮反力が大きくなったとき、可動スクロール２０１が停止する。
【００３５】
ところで、上述の実施形態では、圧縮機構２００としてスクロール型圧縮機構を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、斜板型圧縮機構等のその他の圧縮機構およびポンプ機構を用いてもよい。
また、上述の実施形態では、ヨーク４０２に永久磁石４０１を配設することによりヨーク４０２に磁界を発生させたが、誘導電動機のごとく、ヨーク４０２に磁極鉄心および巻線を配設することによりヨーク４０２に磁界を発生させてもよい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、ヨーク４０２に永久磁石４０１を配設し、回転子４０３に巻線を配設したが、回転子４０３に永久磁石を配設し、ヨーク４０２に磁極鉄心および巻線を配設してもよい。これにより、ヨーク４０２の回転とともにヨーク４０２の巻線に誘導電流が発生してヨーク４０２が磁気を帯びるので、上述の実施形態と同様に回転子４０３が回転する。
【００３７】
また、モータ部４００にて発電しない場合には、停止機構３００を廃止してもい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る複合型圧縮装置の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】直流電動モータ部（回転子）の電気結線図である。
【図４】エンジン停止時に電動モータ部により圧縮機構を駆動する場合の直流電動モータ部（回転子）の電気結線図である。
【図５】エンジン稼働時にエンジンにより圧縮機構を駆動する場合の直流電動モータ部（回転子）の電気結線図である。
【図６】エンジン稼働時にモータ部にて発電する場合の直流電動モータ部（回転子）の電気結線図である。
【図７】図２の状態から可動スクロールの回転が進んだ状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図８】可動スクロールが停止した状態を示すＡ−Ａ断面図である。
【図９】第２実施形態に係る複合型圧縮装置の断面図である。
【符号の説明】
２００…圧縮機構、３００…停止機構、４００…電動モータ部、
４０１…永久磁石、４０２…ヨークハウジング、４０３…回転子、
４０４…給電部。

Claims

ハウジング（２０３）と、
前記ハウジング（２０３）に対して固定した固定部（２０２）、および前記固定部（２０２）に対して可動する可動部（２０１）を有して構成され、流体を吸入圧縮する圧縮機構（２００）と、
外部駆動源に連動して回転するヨーク（４０２）、および前記ヨーク（４０２）内で回転するとともに前記可動部（２０１）に連結された回転子（４０３）を有して構成された電動モータ部（４００）と、
前記可動部（２０１）の回転を停止させる停止機構（３００）とを備え、
前記外部駆動源により前記圧縮機構（２００）を稼働させるときには、磁気を帯びた前記ヨーク（４０２）を前記外部駆動源により回転させて前記回転子（４０３）周りに回転磁界を発生させ、前記回転磁界により前記回転子（４０３）を回転駆動させ、
前記電動モータ部（４００）にて発電させるときには、前記外部駆動源より前記ヨーク（４０２）を回転させた状態で、前記停止機構（３００）により前記可動部（２０１）の回転を停止させることを特徴とする複合型圧縮装置。
前記停止機構（３００）は、前記可動部（２０１）の回転軸方向に対して交差する方向に可動する停止ピン（３０２）と、前記停止ピン（３０２）を可動させる電磁駆動部（３０３）と、前記可動部（２０９）に形成され、前記停止ピン（３０２）に係止される係止部（３０１）とを有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合型圧縮装置。
ハウジング（２０３）と、
前記ハウジング（２０３）に対して固定した固定部（２０２）、および前記固定部（２０２）に対して可動する可動部（２０１）を有して構成され、流体を吸入圧縮する圧縮機構（２００）と、
外部駆動源に連動して回転するヨーク（４０２）、および前記ヨーク（４０２）内で回転するとともに前記可動部（２０１）に連結された回転子（４０３）を有して構成された電動モータ部（４００）と、
前記ヨーク（４０２）のうち前記回転子（４０３）に面する内壁に配設された永久磁石（４０１）と、
前記回転子（４０３）に巻かれた巻線（４０７）とを備え、
前記外部駆動源により前記圧縮機構（２００）を稼働させるときには、磁気を帯びた前記ヨーク（４０２）を前記外部駆動源より回転させて前記回転子（４０３）周りに回転磁界を発生させるとともに、前記巻線（４０７）を短絡させて閉回路を構成し、前記回転磁界により前記回転子（４０３）を回転駆動させ、
前記電動モータ部（４００）にて発電させるときには、前記巻線（４０７）に誘起される起電力を取り出すことを特徴とする複合型圧縮装置。