JP4061730B2

JP4061730B2 - 可変容量斜板型圧縮機

Info

Publication number: JP4061730B2
Application number: JP24863998A
Authority: JP
Inventors: 直治小長; 三起夫松田; 光夫稲垣; 訓孝秋山; 俊伸高崎
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: JP2000073948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜板の傾斜角度を変化させることにより吐出容量を変化させる可変容量型圧縮に関するもので、エンジン（内燃機関）と電動モータとを有して走行する、いわゆるハイブリッド車両用の冷凍サイクルに適用して有効である。
なお、本明細書でいうハイブリット車両とは、エンジンと電動モータとを切換えて走行するハイブリット車両は勿論、エンジンを走行に用いず、発電のみに用い、車両走行は電動モータのみで行うハイブリット車両も含むものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６３−５０６９３号公報に記載の発明では、ローリングピストン型圧縮機において、ローリングピストンを一の向きに回転（正転）させることにより吐出容量が最大となるようにし、一方、ローリングピストンを他の向きに回転（逆転）させることにより吐出容量が最小となるようにして可変容量型圧縮機を構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載の可変容量型圧縮機では、正転時には、流体が吸入ポートから流入して吐出ポートから吐出するのに対して、逆転時には、流体が吐出ポートから流入して吸入ポートから吐出するので、正転時と逆転時とでは流体の流通の向きが反対となる。
【０００４】
このため、上記公報に記載の可変容量型圧縮機を冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）に適用した場合には、冷房運転のみ又は暖房運転のみの空調運転を行っているときに、吐出容量を変化させることができない。
また仮に、いずれかの空調運転を行っているときに、吐出容量を変化させるには、外部に四方弁などの切換弁を設けて通路を切換える必要があるので、冷凍サイクルの構成部品の増加を招き、冷凍サイクルの製造原価上昇を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、圧縮機の回転の向きに依らず、流体の流通の向きが変化することのない可変容量型圧縮機を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、シャフト（１３０）の回転の向きに応じて傾斜角度（α）を変化させる傾斜角変更機構（１６０、１６３、１３５）を備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、シャフト（１３０）の回転の向きに応じて傾斜角度（α）が変化して吐出容量が変化するものの、斜板型圧縮機では、流体の吸入圧縮はピストン（１５０）の往復運動によって行うので、シャフト（１３０）が正転する場合と逆転する場合とでは、流体の流通の向きが反転しない。
請求項２〜４に記載の発明では、斜板（１４０）とシャフト（１３０）との傾斜角度（α）を可変とするヒンジ部（１３３、１４２）と、ヒンジ部（１３３、１４２）からずれた部位にて斜板（１４０）と摺動可能に接触し、シャフト（１３０）の回転の向き応じてシャフト（１３０）の長手方向に変位する変位部材（１６０）とを有することを特徴とする。
【０００８】
これにより、変位部材（１６０）が変位すると、ヒンジ部（１３３、１４２）を中心として傾斜角度（α）が変化することとなる。このため、シャフト（１３０）の回転の向きに応じて傾斜角度（α）が変化して吐出容量が変化するものの、流体の吸入圧縮はピストン（１５０）の往復運動によって行うので、シャフト１３０が正転する場合と逆転する場合とでは、流体の流通の向きが反転しない。
【０００９】
請求項６に記載の発明では、シャフト（１３０）が電動モータ（２００）により回転駆動されるときの傾斜角度（α）を、シャフト（１３０）が外部駆動源（Ｅ）により回転駆動されるときの傾斜角度（α）に比べて大きくすることを特徴とする。
これにより、後述するように、電動モータ（２００）で必要とされる駆動力を小さくすることができるので、電動モータ（２００）の大型化を防止できる。
【００１０】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る可変容量斜板型圧縮機（以下、圧縮機と略す）１００をハイブリッド車両用の冷凍サイクルに適用したものであり、図１は冷凍サイクルの模式図である。
【００１２】
図１中、３００は圧縮機１００から吐出した冷媒（流体）を凝縮させる凝縮器（放熱器）であり、４００は凝縮器２００から流出した冷媒を減圧する膨張弁（減圧器）であり、５００は膨張弁４００にて減圧された液相冷媒を蒸発させる蒸発器である。
なお、膨張弁４００は、蒸発器５００出口側の冷媒過熱度が所定値となるように弁開度が調節される温度式膨張弁であり、６００は凝縮器３００から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、余剰冷媒を蓄えるレシーバ（受液器）である。
【００１３】
また、圧縮機１００は、エンジンＥの運転状態に応じて、電磁クラッチ７００を介してエンジン（外部駆動源）Ｅから回転力を得て稼働する場合と、エンジンＥと独立して稼働する電動モータ（以下、モータと略す。）２００から回転力を得て稼働する場合とが切換制御される。
次に、圧縮機１００について述べる。
【００１４】
図２は本実施形態に係る圧縮機１００の断面図であり、この圧縮機１００は、モータ２００と電磁クラッチ７００とが一体化された、いわゆるハイブリット型圧縮機である。
１１０はモータ２００のステータ２１０及びロータ２２０を収納するとともに、後述する斜板１４０が回転する空間（以下、この空間を斜板室と呼ぶ。）２１１を構成するフロントハウジングであり、１２０は、後述するシャフト１３０の長手方向に延びる複数本の円柱状空間（シリンダボア）１２１が形成されたミドルハウジング（シリンダブロック）である。
【００１５】
因みに、本実施形態に係るモータ２００において、ステータ２１０は通電することにより磁界を発生するステータコイルであり、ロータ２２０は永久磁石を有してステータ２１０内で回転するマグネットロータである。
１３０は、ニードル軸受１３１を介して両ハウジング１１０、１２０内に回転可能に配設されたシャフトであり、１４０はシャフト１３０の長手方向に対して傾いた斜板である。
【００１６】
また、１３２は、シャフト１３０に圧入固定されてシャフト１３０と一体的に回転する略コップ状に形成された回転部材であり、この回転部材１３２の開口側（斜板１４０側）は、斜板１４０の傾斜の向きと反対側に傾斜した傾斜支持面１３３を有するように円錐状となっている。
なお、回転部材１３２のうち傾斜支持面１３３と反対側に位置する部位１３４（図３参照）は、回転部材１３２の回転バランス（慣性モーメント）の不釣り合い量を補正するバランサ部を構成している。
【００１７】
一方、斜板１４０の径外方側のうち回転部材１３２側には、傾斜支持面１３３に向けて突出するアーム（腕部）１４１が形成されており、このアーム１４１の先端は、傾斜支持面１３３と摺動可能、かつ、回転可能に接触する球面摺動部１４２が形成されている。つまり、本実施形態では、傾斜支持面１３３及び球面摺動部１４２により、斜板１４０とシャフト１３０との傾斜角度αを可変とするヒンジ部が構成されている。
【００１８】
また、斜板１４０の径外方側は、図２に示すように、一対のシュー１４３を介して、各シリンダボア１２１内を往復運動するピストン１５０と揺動可能に連結するとともに、一対のシュー１４３と摺動可能に接触している。
このため、斜板１４０がシャフト１３０と一体的に回転して斜板１４０の径外方側が揺動すると、これに連動してピストン１５０が往復運動し、ピストン１５０とシリンダボア１２１とによって構成される作動室Ｖｃの体積が拡大縮小して冷媒（流体）が吸入圧縮される。
【００１９】
なお、ピストン１５０の行程（ストローク）は、斜板１４０の揺動角度（＝１８０−２α）に比例するものであるので、斜板１４０の傾斜角度αに反比例して増減するため、圧縮機１００の吐出容量は傾斜角度αに反比例して増減する。
１６０は回転部材１３２内に回転可能に配設されているとともに、シャフト１３０の長手方向に摺動変位する変位部材（カム）であり、この変位部材１６０は、図２、３に示すように、シャフト１３０が貫通する穴部１６１及び円筒壁１６２ａに形成された螺旋溝１６３を有する円筒部１６２、並びに円筒部１６２のうち斜板１４０側端部から斜板１４０側に向けて突出した突起部１６４を備えている。
【００２０】
そして、突起部１６４の先端は、図２に示すように、斜板１４０に摺動可能に接触するとともに、円筒部１６２の軸方向に向けて凸となるように略円弧状に形成されている。
一方、斜板１４０には、図３に示すように、突起部１６４の２つの側面１６４ａと摺動可能に接触するとともに、両側面１６４ａを挟み込むように変位部材１６０側に向けて突出するガイド壁１４４が形成されているので、変位部材１６０が回転すると、斜板１４０は突起部１６４から回転力を受けて回転する。つまり、本実施形態では、突起部１６４は、斜板１４０に回転力を伝達する回転力伝達部として機能する。
【００２１】
また、シャフト１３０には、図２に示すように、螺旋溝１６３に挿入された状態で螺旋溝１６３の壁面に摺動可能に接触するピン部（突起部）１３５が形成されており、このピン部１３５及び螺旋溝１６３により、変位部材１６０をシャフト１３０の長手方向に変位させるカム機構を構成している。
なお、螺旋溝１６３は、円筒部１６２の軸方向一端側（斜板１４０）側から軸方向他端側に向けて右周り（時計周り）の螺旋を描くように形成されているため、ピン部１３５が螺旋溝１６３の一端側にあるときは、変位部材１６０は円筒部１６２の軸方向他端側に変位したときであり、ピン部１３５が螺旋溝１６３の他端側にあるときは、変位部材１６０は円筒部１６２の軸方一端側に変位したときである。
【００２２】
また、斜板１４０を挟んで変位部材１６０と反対側には、斜板１４０を押圧する弾性力を発揮するコイルバネ（弾性部材）１４５が配設されており、このコイルバネ１４５により、斜板１４０と変位部材１６０とが離隔することを防止する離隔防止手段を構成している。
ところで、１７０は、複数本のピストン１５０及びシリンダボア１２１によって形成される各作動室Ｖｃに冷媒（流体）を供給する吸入室１７１、及び各作動室Ｖｃから吐出する冷媒を集合させる吐出室１７２を構成するリアハウジングであり、このリアハウジング１７０はバルブプレート（弁板）１８０を介してミドルハウジング１２０にボルト（図示せず）にて固定されている。
【００２３】
因みに、１７３は蒸発器５００の冷媒出口側に接続される吸入口であり、１７４は凝縮器３００の冷媒入口側に接続される吐出口である。
また、バルブプレート１８０には、吸入室１７１と作動室Ｖｃとを連通させる吸入ポート１８１、及び作動室Ｖｃと吐出室１７２とを連通させる吐出ポート１８２が形成されている。そして、吸入ポート１８１には、作動室Ｖｃから吸入室１７１に冷媒が逆流することを防止するリード弁状の吸入弁１８３が配設され、吐出ポート１８２には、吐出室１７２から作動室Ｖｃに冷媒が逆流することを防止するリード弁状の吐出弁１８４が配設されている。
【００２４】
なお、吸入弁１８３及び吐出弁１８４は、吐出弁１８４の最大開度を規制する弁止板１８５及びバルブプレート１８０と共に、リアハウジング１７０とミドルハウジング１２０とに挟み込まれて固定されている。
また、７００は、エンジンＥからの駆動力を伝達するＶベルトが掛けられるプーリ７１０と一体化された電磁クラッチである。そして、シャフト１３０は、モータ２００により駆動されるとき正逆転（一の向きに回転）し、電磁クラッチ７００を介してエンジンＥから駆動力を得て回転するときは逆転（他の向きに回転）する。
【００２５】
因みに、２２２は、圧縮機１００の圧縮反力に伴ってロータ２２０に作用するスラスト力（シャフト１３０の長手方向と平行な方向の力）を受けるスラスト軸受であり、１４６は、コイルバネ１４５の反力を受けるとともに、コイルバネ１４５をシャフト１３０（斜板１４０）と共に回転可能とするスラスト軸受である。
【００２６】
また、１３６は斜板室２１１内に漏れ出た冷媒が、シャフト１３０とフロントハウジング１１０との隙間から外部に漏れ出すことを防止するシャフトシールである。
次に、本実施形態に係る圧縮機１００の作動及びその特徴について述べる。
１．モータ２００により駆動される場合（シャフト１３０の正転時）
ピン部１３５が螺旋溝１６３の一端側にあるときは、図２、図４（ａ）に示すように、変位部材１６０は円筒部１６２の軸方向他端側に変位しており、この状態では、斜板１４０の傾斜角度αが最も小さく、吐出容量が最大となっている。
【００２７】
そして、この状態からモータ２００により正転の向き（電磁クラッチ７００側から見て反時計回りの向き）の回転力（駆動力）がシャフト１３０に与えられると、螺旋溝１６３が円筒部１６２の軸方向一端側（斜板１４０）側から軸方向他端側に向けて右周り（時計周り）の螺旋を描くように形成されているため、図４（ｂ）に示すように、ピン部１３５が螺旋溝１６３の他端側に移動して、変位部材１６０が円筒部１６２の軸方一端側（斜板１４０側）に向けて変位する。
【００２８】
このとき、球面摺動部１４２と傾斜支持面１３３とによりヒンジ部が構成されていることに加えて、球面摺動部１４２と傾斜支持面１３３との接触部と、変位部材１６０と斜板１４０との接触部とが、斜板１４０の径方向にずれているため、変位部材１６０が斜板１４０側に向けて変位すると、傾斜角度αが増大する向きに変化する。
【００２９】
そして、ピン部１３５が螺旋溝１６３の他端側に移動すると、ピン部１３５は、これ以上移動することができないので、ピン部１３５が螺旋溝１６３の他端に係合し、変位部材１６０とシャフト１３０とが一体的に回転する。したがって、傾斜角度αが増大した状態で斜板１４０が回転するので、ピストン１５０のストロークが縮小し、吐出容量が縮小（可変）する。
【００３０】
２．エンジンＥにより駆動される場合（シャフト１３０の逆転時）
ピン部１３５が螺旋溝１６３の他端側にあるときは、図５、図６（ａ）に示すように、変位部材１６０は円筒部１６２の軸方向一端側に変位しており、この状態では、斜板１４０の傾斜角度αが最も大きく、吐出容量が最小となっている。そして、この状態からエンジンＥにより逆転の向き（電磁クラッチ７００側から見て時計回りの向き）の回転力がシャフト１３０に与えられると、螺旋溝１６３が円筒部１６２の軸方向一端側側から軸方向他端側に向けて右周りの螺旋を描くように形成されているため、図６（ｂ）に示すように、ピン部１３５が螺旋溝１６３の一端側に移動して、変位部材１６０が円筒部１６２の軸方他端側に向けて変位する。つまり、シャフト１３０が逆転すると、シャフト１３０が正転するときとは逆に、傾斜角度αが縮小する向きに変化する。
【００３１】
そして、ピン部１３５が螺旋溝１６３の一端側に移動すると、ピン部１３５は、これ以上移動することができないので、ピン部１３５が螺旋溝１６３の一端に係合し、変位部材１６０とシャフト１３０とが一体的に回転する。したがって、傾斜角度αが縮小した状態で斜板１４０が回転するので、ピストン１５０のストロークが拡大し、吐出容量が最大となる。
【００３２】
以上に述べたように、本実施形態に係る圧縮機１００では、シャフト１３０の回転の向きに応じて変位部材１６０をシャフト１３０の長手方向に変位させることにより、シャフト１３０の回転の向きに応じて傾斜角度αを変化させる傾斜角変更機構を構成している。
そして、シャフト１３０の回転の向きに応じて傾斜角度αが変化して吐出容量が変化するものの、冷媒の吸入圧縮はピストン１５０の往復運動によって行うので、シャフト１３０が正転する場合と逆転する場合とでは、冷媒の流通の向きが反転しない。
【００３３】
したがって、外部に四方弁などの切換弁を設けて通路を切換える必要がないので、冷凍サイクルの構成部品の増加を防止して、冷凍サイクルの製造原価上昇を抑制することができる。
また、傾斜支持面１３３に球面摺動部１４２を回転可能、かつ、摺動可能に接触させることによりヒンジ部を構成しているので、簡単な構成ヒンジ部を構成でき、圧縮機１００の製造原価低減を図ることができる。
【００３４】
また、傾斜支持面１３３を傾斜させるとともに、突起部１６４の先端を円弧状としているので、変位部材１６０の変位に連動して斜板１４０を滑らかに稼働させて傾斜角度αを変化させることができる。
ところで、モータ２００から得られる駆動力をエンジンＥから得られる駆動力と同等にしようとすると、モータ２００の大型化を招いてしまう。
【００３５】
これに対して、本実施形態のごとく、モータ２００にて圧縮機１００を稼動させるときには、最小容量運転状態とすれば、モータ２００で必要とされる駆動力を小さくすることができるので、モータ２００の大型化を防止できる。
なお、最小容量運転時（モータ２００にて圧縮機１００を稼働させるとき）に最大容量運転時（エンジンにより圧縮機１００を稼動させるとき）と同等な冷凍能力を得るときには、モータ２００の回転数を増大させればよい。
【００３６】
（第２実施形態）
上述の実施形態では、変位部材１６０に突起部１６４を形成し、斜板１４０に突起部１６４を挟み込むガイド壁１４４を形成して回転力伝達部を構成したが、本実施形態は、図７に示すように、斜板１４０に変位部材１６０側に突出する突起部１６４を形成し、変位部材１６０に突起部１６４を挟み込むガイド壁１４４を形成して回転力伝達部を構成したものである。
【００３７】
（第３実施形態）
ところで、上述の実施形態では、シャフト１３０とモータ２００のロータ２２０とが一体化されていたので、エンジンＥにて圧縮機１００を駆動する場合に、エンジンＥは、圧縮機１００を駆動するに必要な仕事に加えて、ロータ２２０を回転させる仕事を必要とし、エンジンＥの燃費が低下するおそれがある。
【００３８】
そこで、本実施形態では、図８に示すように、ロータ２２０とシャフト１３０との間に一の向きの回転のみを許容するワンウェイクラッチ１９０を配設している。
これにより、エンジンＥにて圧縮機１００を駆動する場合であっても、ロータ２２０が回転することを防止できるので、エンジンＥの燃費が低下することを防止できる。
【００３９】
ところで、上述の実施形態では、モータ２００と電磁クラッチ７００とが一体化されたハイブリット型圧縮機であったが、図９に示すように、圧縮機１００単体としてもよい。
また、上述の実施形態では、圧縮機１００を、モータ２００から駆動力を得て稼働する場合とエンジンＥから駆動力を得て稼働する場合とを切り換えて稼働させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ２００のみから駆動力を得て稼働するものに適用してもよい。
【００４０】
これにより、モータ２００の回転数を制御することなく、モータ２００を正転又は逆転させることにより吐出容量を変化させることができるので、モータ２００の制御回路を簡素化することができる。
また、上述の実施形態では、変位部材（カム）１６０に１本の螺旋溝１６３が形成されていたが、螺旋溝１６３を複数本として変位部材１６０を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧縮機を用いた冷凍サイクルの模式図である。
【図２】第１実施形態に係る圧縮機において、最大容量時状態を示す圧縮機の断面図である。
【図３】第１実施形態に係る圧縮機の回転部材、変位部材及び斜板を分解した状態を示す分解斜視図である。
【図４】可変容量作動を示す説明図である。
【図５】第１実施形態に係る圧縮機において、最小容量時状態を示す圧縮機の断面図である。
【図６】可変容量作動を示す説明図である。
【図７】第２実施形態に係る圧縮機の回転部材、変位部材及び斜板を分解した状態を示す分解斜視図である。
【図８】第３実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図９】本発明の変形例に係る圧縮機の断面図である。
【符号の説明】
１００…圧縮機、１３０…シャフト、１３５…ピン部（突起部）、
１４０…斜板、１５０…ピストン、１６０…変位部材、１６３…螺旋溝。

Claims

回転するシャフト（１３０）に対して傾いた斜板（１４０）の傾斜角度（α）を変化させることにより、往復運動するピストン（１５０）の行程を変化させる可変容量斜板型圧縮機であって、
前記シャフト（１３０）は、正転又は逆転可能であり、
さらに、前記シャフト（１３０）の回転の向きに応じて前記傾斜角度（α）を変化させる傾斜角変更機構（１６０、１６３、１３５）を備えることを特徴とする可変容量斜板型圧縮機。
正転又は逆転可能なシャフト（１３０）と、
前記シャフト（１３０）に対して傾いた状態で回転する斜板（１４０）と、
前記斜板（１４０）と揺動可能に連結して往復運動し、流体を吸入圧縮するピストン（１５０）と、
前記斜板（１４０）と前記シャフト（１３０）との傾斜角度（α）を可変とするヒンジ部（１３３、１４２）と、
前記ヒンジ部（１３３、１４２）からずれた部位にて前記斜板（１４０）と摺動可能に接触し、前記シャフト（１３０）の回転の向き応じて前記シャフト（１３０）の長手方向に変位する変位部材（１６０）とを有することを特徴とする可変容量型圧縮機。
前記変位部材（１６０）は、前記シャフト（１３０）が摺動可能に貫通する穴部（１６１）を有する円筒部（１６２）、及び前記円筒部（１６２）の円筒壁（１６２ａ）に形成された螺旋状の螺旋溝（１６３）を備え、
前記シャフト（１３０）には、その径外方側に向けて突出するとともに、前記螺旋溝（１６３）の壁面に摺動可能に接触する突起部（１３５）が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量型圧縮機。
前記変位部材（１６０）は、前記突起部（１３５）が前記螺旋溝（１６３）の端部側に係合することにより前記シャフト（１３０）と一体的に回転し、
さらに、前記変位部材（１６０）のうち前記斜板（１４０）と接触する側には、前記斜板（１４０）に回転力を伝達する回転力伝達部（１６４、１４４）が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変容量型圧縮機。
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の可変容量型圧縮機と、
外部駆動源（Ｅ）からの回転力を断続可能に前記シャフト（１３０）に伝達するクラッチ手段（７００）と、
前記クラッチ手段（７００）が前記シャフト（１３０）に伝達する回転力の向きと異なる向の回転力を前記シャフト（１３０）に伝達する電動モータ（２００）とを有することを特徴とするハイブリット型圧縮機。
前記シャフト（１３０）が前記電動モータ（２００）により回転駆動されるときの前記傾斜角度（α）は、前記シャフト（１３０）が前記外部駆動源（Ｅ）により回転駆動されるときの前記傾斜角度（α）に比べて大きいことを特徴とする請求項５に記載のハイブリット型圧縮機。