JP4432956B2

JP4432956B2 - 複合型圧縮装置

Info

Publication number: JP4432956B2
Application number: JP2006298721A
Authority: JP
Inventors: 雅文中島; 裕康加藤; 博史小川; 猛酒井
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-07-24
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JP2007032577A

Description

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）に関するものであり、車両用冷凍サイクルに適用して有効である。

複合型圧縮装置は、例えば特開平４−１６４１６９号公報に記載の発明のごとく、ハウジング内に電動モータ部を設けるとともに、シャフトの一部をハウジング外まで突出させて、その先端部にエンジンからの駆動力を受けるプーリを連結したものである。

ところで、冷凍サイクルの能力は、理論吐出容量（圧縮機構の作動室の体積）Ｖ_Cと圧縮機構の回転数ｎとの積によって大きく影響される。したがって、理論吐出容量Ｖ_Cは、冷凍サイクルの最大冷凍能力と、圧縮機構を駆動する駆動源の回転数とを考慮して設定する必要がある。

このため、例えば吐出容量Ｖ_Cを大きくし、回転数ｎを低くすることにより、所定の冷凍能力を得るように圧縮機構を設定した場合には、圧縮機構を駆動する駆動トルクが大きくなるため、電動モータ部の大型化を招いてしまうという問題が発生する。

以上に述べたように、異なる駆動源により圧縮機構を駆動する場合には、各駆動源および圧縮機構の各特性を相互に調和させることが、実装設計上、困難である場合が多い。

本発明は、上記点に鑑み、各駆動源および圧縮機構の各特性を相互に調和させることが可能な複合型圧縮装置を提供することを目的とする。

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（１０１、１０４）と、ハウジング（１０１、１０４）内に構成され流体を吸入圧縮する圧縮機構（１１０）と、ハウジング（１０１、１０４）内に構成された電動モータ部（１３０）と、ハウジング（１０１、１０４）外に配設された外部駆動源から駆動力を得て、圧縮機構（１１０）を駆動するプーリ（１０３）と、電動モータ部（１３０）の回転を減速して圧縮機構（１１０）に伝達するとともに、プーリ（１０３）の回転を増速して圧縮機構（１１０）に伝達する変速機構（１８０）とを備え、変速機構（１８０）は、電動モータ部（１３０）のモータシャフト（１３３）に形成された太陽歯車（１８１）、プーリ（１０３）のプーリシャフト（１０５）に固定されてプーリシャフト（１０５）の回転とともに自転しながら太陽歯車（１８１）の周りを公転する遊星歯車（１８２）および圧縮機構（１１０）に連結されたリングギア（１８３）を有する遊星歯車機構で構成されており、さらに、モータシャフト（１３３）の回転のうち、プーリシャフト（１０５）の圧縮機構（１１０）を駆動する回転方向に対して、逆向きの回転のみを許容するワンウェイクラッチ（１３５）を備えることを特徴とする。
これにより、変速機構（１８０）によって異なる駆動源からの駆動力を変速して圧縮機構（１１０）に伝達することができるので、各駆動源および圧縮機構の各特性を相互に調和させることができる。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の複合型圧縮装置において、プーリ（１０３）に伝達された駆動力を断続可能に圧縮機構（１１０）に伝達する電磁クラッチを備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の複合型圧縮装置において、圧縮機構（１１０）は、ベーン型圧縮機構であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の複合型圧縮装置において、プーリシャフト（１０５）とハウジング（１０４）との隙間を密閉するリップシール（１０２ｅ）を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の複合型圧縮装置において、モータシャフト（１３３）とハウジング（１０１）との隙間を密閉するリップシール（１０２ｅ）を備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合型圧縮装置において、太陽歯車（１８１）、遊星歯車（１８２）およびリングギア（１８３）は、ピッチ面が円錐面状のかさ歯車で形成されていることを特徴とする。

なお、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。

（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。）をエンジン等の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ト車両の空調装置に適用したものである。

図１は本実施形態に係る圧縮装置１００の断面図であり、この圧縮装置１００の軸方向一端側には、冷媒（流体）を吸入圧縮する圧縮機構１１０が形成されている。

そして、本実施形態では、圧縮機構１１０は、圧縮装置１００のハウジングの一部を兼ねるとともにハウジング１０１に対して固定した固定スクロール（固定部）１１１、および固定スクロール１１１内で、固定スクロール１１１に対して旋回（公転）する可動スクロール（可動部）１１２から構成された周知のスクロール型圧縮機構を採用している。なお、１１３は凝縮器（図示せず）の入口側に接続される吐出口であり、１１４は、蒸発器（図示せず）の出口側に接続される吸入口（図示せず）に連通する吸入室であり、１１５は圧縮された冷媒の脈動を吸収する吐出室であり、１１６はリリーフ弁である。

また、１０２は可動スクロール１１２を駆動するシャフトであり、このシャフト１０２の一端側には、シャフト１０２の軸線から所定量偏心したクランク部１０２ａが形成され、可動スクロール１１２は、このクランク部１０２ａに回転可能に連結されている。

なお、１０２ｂ、１０２ｃはシャフト１０２をハウジング１０１内に回転可能に保持する軸受であり、１０２ｄはロータ１３２をシャフト１０２に対して回転可能に支持する軸受であり、１０２ｅはフロントハウジング１０４とシャフト１０２との隙間を密閉するリップシールである。

一方、シャフト１０２の他端側であってハウジング１０１外には、Ｖベルト（図示せず）を介してエンジン（外部駆動源）から駆動力を得て回転するプーリ（回転体）１０３が配設されている。そして、このプーリ１０３の内径側には、プーリ１０３に伝達された駆動力を断続可能にシャフト１０２（圧縮機構１１０）に伝達する電磁クラッチ１２０（クラッチ機構）が配設されている。

因みに、電磁クラッチ１２０は、シャフト１０２に形成されたスプライン（図示せず）と摺動可能に嵌合するハブ１２１、このハブ１２１に連結されたアーマチャ１２２、プーリ１０３と一体的に回転するとともに磁路を兼ねるロータ１２３、および励磁コイル１２４からなる周知のものである。

また、プーリ１０３と圧縮機構１１０との間には、ハウジング１０１に固定されたステータ１３１、およびステータ１３１内で回転するロータ（アーマチュア）１３２を有する、誘導電動機型の電動モータ部１３０が構成されており、ロータ１３２（電動モータ部１３０）の駆動力は、遊星歯車機構からなる変速機構１４０にて減速された後、ワンウェイクラッチ１５０を介してシャフト１０２に伝達される。

なお、図２は変速機構１４０をシャフト１０２の長手方向から見た図であり、１４１はロータ１３２と一体的に回転するとともにシャフト１０２に対して相対的に回転する太陽歯車（サンギア）であり、１４２はフロントハウジング１０４（図１参照）に一体形成された内歯車（インターナルギア）である。

また、１４３は太陽歯車１４１および内歯車１４２に噛み合う遊星歯車（プラネタリギア）であり、１４４は遊星歯車１４３を回転可能に支持するとともに、太陽歯車１４１周りに公転する遊星歯車１４３の回転力をワンウェイクラッチ１５０（ホルダ１５１）に伝達するホルダ（保持部材）である。

因みに、ワンウェイクラッチ１５０は、図３に示すように、ホルダ（保持部材）１５１内に円柱状のローラ１５２、スプリング１５３および座金１５４をそれぞれ複数個配設した周知のローラ型ワンウェイクラッチである。

そして、ワンウェイクラッチ１５０が駆動力を伝達し得る向きは、可動スクロール１１２の可動方向と一致しており、ホルダ１４４（ロータ１３２）が可動スクロール１１２の可動方向に回転すると、常にその駆動力がシャフト１０２に伝達されるように構成されている。

次に、本実施形態の作動を述べる。

１．圧縮機構１１０を停止させる場合
電磁クラッチ１２０および電動モータ部１３０への通電を停止する。

これにより、エンジンからシャフト１０２への駆動力の伝達が遮断されるとともに、電動モータ部１３０が稼働しないので、圧縮機構１１０が停止する。

２．エンジンにより圧縮機構１１０を駆動する場合
電磁クラッチ１２０に通電し、電動モータ部１３０への通電を停止する。

これにより、電磁クラッチ１２０が繋がり、エンジンからシャフト１０２へ駆動力が伝達されるとともに、電動モータ部１３０が稼働しないので、エンジンにより圧縮機構１１０が駆動される。

３．電動モータ部１３０により圧縮機構１１０を駆動する場合
電動モータ部１３０に通電し、電磁クラッチ１２０への通電を停止する。

これにより、エンジンからシャフト１０２への駆動力の伝達が遮断されるとともに、電動モータ部１３０が稼働するので、電動モータ部１３０により圧縮機構１１０が駆動される。

次に、本実施形態の特徴を述べる。

本実施形態によれば、電動モータ部１３０の駆動力は、変速機構１４０により所定速度に減速されてシャフト１０２（圧縮機構１１０）に伝達されるので、電動モータ部１３０が発生する駆動力（回転力）は増大されてシャフト１０２に伝達されることとなる。

したがって、電動モータ部１３０の大型化を招くことなく、圧縮機構１１０の吐出容量Ｖ_Cを大きくして、圧縮機構１１０の回転数ｎを低くした状態で圧縮機構１１０を稼働させることができる。

ところで、仮に電動モータ部１３０の小型化を図るべく、吐出容量Ｖ_Cを小さくして回転数ｎを高くした場合には、これに伴って、エンジンにより圧縮機構１１０を駆動する場合においても回転数ｎが高く維持されるように、プーリ１０３の径寸法を小さくする必要がある。

しかし、本実施形態では、プーリ１０３の内径側に電磁クラッチ１２０が配設されているため、プーリ１０３の径寸法を小さくすると、アーマチャ１２２およびロータ１２３の径寸法も小さくせざるを得ない。このため、電磁クラッチ１２０の伝達可能トルク（摩擦トルク）が小さくなってしまい、アーマチャ１２２とロータ１２３との間にすべりが発生し、シャフト１０２にエンジンからの駆動力を伝達することができなくなる可能性がある。

これに対して、本実施形態では、前述のごとく、吐出容量Ｖ_Cを大きくして、圧縮機構１１０の回転数ｎを低くくした状態で圧縮機構１１０を稼働させることができるので、プーリ１０３の径寸法を小さくする必要がない。したがって、電磁クラッチ１２０にて十分な伝達可能トルク（摩擦トルク）を得ることができる。

（第２実施形態）
上述の実施形態では、電動モータ部１３０から可動スクロール１１２に至る第１駆動部Ｄ１に変速機構１４０を設け、電動モータ部１３０の駆動力（回転）を減速して圧縮機構１１０に伝達させたが、本実施形態は、図４に示すように、プーリ１０３から可動スクロール１１２に至る第２駆動部Ｄ２に、遊星歯車機構からなる変速機構１６０を設け、プーリ１０３の駆動力（回転）を増速して圧縮機構１１０に伝達するものである。

すなわち、電動モータ部１３０のロータ１３２とシャフト１０２との間に、ローラ型のワンウェイクラッチ１７０を配設するとともに、プーリ１０３に連結されたプーリシャフト１０５とシャフト１０２とを変速機構１６０を介して連結したものである。なお、ワンウェイクラッチ１７０が駆動力を伝達し得る向きは、可動スクロール１１２の可動方向と一致しており、ロータ１３２が可動スクロール１１２の可動方向に回転すると、常にその駆動力がシャフト１０２に伝達されるように構成されている。

因みに、本実施形態では、太陽歯車１６１はシャフト１０２と一体的に回転し、ホルダ１６４は、プーリシャフト１０５と一体的に回転する。そして、内歯車１６２は、第１実施形態と同様に、フロントハウジング１０４に一体形成され、遊星歯車１６３はホルダ１６４に回転可能に保持されている（図５参照）。

次に、本実施形態の作動を述べる。

これにより、電磁クラッチ１２０が繋がり、エンジンからシャフト１０２へ変速機構１６０を介して駆動力が伝達されるとともに、電動モータ部１３０が稼働しないので、エンジンにより圧縮機構１１０が駆動される。

これにより、エンジンからシャフト１０２への駆動力の伝達が遮断されるとともに、電動モータ部１３０の駆動力がワンウェイクラッチ１７０を介してシャフト１０２に伝達されて圧縮機構１１０が駆動される。

次に、本実施形態の特徴を述べる。

本実施形態によれば、エンジンからの駆動力（回転）を増速してシャフト１０２（圧縮機構１１０）に伝達しているので、吐出容量Ｖ_Cを小さくするとともに回転数ｎを高くして圧縮機構１１０を稼働させることできる。したがって、圧縮機構１１０を駆動する駆動トルクを小さくすることができるので、電動モータ部１３０の小型化を図ることができる。

また、エンジンからの駆動力（回転）を変速機構１６０にて増速しているので、プーリ１０３の径寸法を小さくする必要がない。したがって、電磁クラッチ１２０にて十分な伝達可能トルク（摩擦トルク）を得ることができる。

ところで、第１、２実施形態においては、遊星歯車機構により、変速機構１４０、１６０を構成したが、変速機構はこれに限定されるものではなく、歯車列からなるその他の変速機構を採用してもよい。

（第３実施形態）
上述の実施形態では、両駆動部Ｄ１、Ｄ２のいずれか一方を増速ないし減速していたが、本実施形態は、１つの変速機構１８０により、電動モータ部１３０の駆動力（回転）を減速して圧縮機構１１０に伝達させるとともに、プーリ１０３の駆動力（回転）を増速して圧縮機構１１０に伝達するものである。

すなわち、図６、７に示すように、ロータ１３２と一体に回転するモータシャフト（リアシャフト）１３３の電磁クラッチ１２０（本実施形態では図示されていない）側に太陽歯車（サンギア）１８１を一体形成するとともに、このサンギア１８１と噛み合う遊星歯車（プラネタリギア）１８２、およびプラネタリギア１８２と噛み合うリングギア１８３を配設し、遊星歯車機構からなる変速機構１８０を形成する。

そして、プラネタリギア１８２は、プーリシャフト（フロントシャフト）１０５に固定され、かつ、プーリシャフト１０５の回転とともに自転しながらサンギア１８１の周りを公転することができるように構成されている。一方、リングギア１８３は、圧縮機構１１０のロータ１１７に連結されており、両者１８３、１１７は一体的に回転する。なお、本実施形態では、図７に示すように、ロータ１１７およびロータ１１７から遠心力により出没するベーン１１８等からなるベーン型圧縮機構を採用している。

因みに、１３４ａ、１３４ｂはモータシャフト１３３を回転可能に支持する軸受であり、１３５はモータシャフト１３３が一方向（プーリシャフト１０５の回転方向と逆向き）のみの回転を許容するワンウェイクラッチである。１３６はリングギア１８３およびロータ１１７をモータシャフト１３３に対して回転可能に支持する軸受であり、１０５ａはプーリシャフト１０５をフロントハウジング１０４に対して回転可能に支持する軸受である。

次に、本実施形態の作動を述べる。

１．圧縮機構１１０を停止させる場合
電磁クラッチおよび電動モータ部１３０への通電を停止する。

これにより、エンジンからプーリシャフト１０５への駆動力の伝達が遮断されるとともに、電動モータ部１３０が稼働しないので、圧縮機構１１０が停止する。

２．エンジンにより圧縮機構１１０を駆動する場合
電磁クラッチに通電し、電動モータ部１３０への通電を停止する。

これにより、電磁クラッチが繋がり、プーリシャフト１０５が図８のＡの向きに回転する。このとき、モータシャフト１３３はワンウェイクラッチ１３５により回転しないので、プーリシャフト１０５の回転はプラネタリギア１８３を介してリングギア１８３に伝達される。したがって、プーリシャフト１０５（第１駆動部Ｄ１）の回転が増速されて圧縮機構１１０（ロータ１１７）に伝達される。

これにより、モータシャフト１３３が図８のＣの向きに回転する。このとき、プーリシャフト１０５は回転しないので、プラネタリギア１８２は自転のみ行うので、モータシャフト１３３の回転は、プラネタリギア１８２を介して減速されてリングギア１８３（ロータ１１７）に伝達され、圧縮機構１１０が駆動される。

次に、本実施形態の特徴を述べる。

本実施形態によれば、エンジンからの駆動力（回転）を増速して圧縮機構１１０に伝達しているので、前述のごとく、電動モータ部１３０の小型化を図ることができる。

また、電動モータ部１３０の駆動力は、減速されて圧縮機構１１０に伝達されるので、電動モータ部１３０が発生する駆動力（回転力）は増大されて圧縮機構１１０に伝達されることとなり、電動モータ部１３０の小型可を図ることができる。

したがてって、本実施形態に係る圧縮装置では、第１駆動部Ｄ１および第２駆動部Ｄ２の両者の小型化を図ることができるので、複合型圧縮装置の小型化をより一層図ることができる。

ところで、上述の実施形態では、クラッチ機構として電磁クラッチ１２０を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧縮機構１１０の吐出圧力を利用してクラッチ板を押し付ける等、その他のクラッチ機構を採用してもよい。

また、両ワンウェイクラッチ１５０、１７０は、ローラ型に限定されるものではなく、スプラグ型ワンウェイクラッチを採用してもよい。

また、上述の実施形態では、圧縮機構としてスクロール型圧縮機構を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、斜板型圧縮機構等その他の圧縮機構を採用してもよい。

第１実施形態に係る複合型圧縮装置の断面図である。第１実施形態に係る変速機構の説明図である。ワンウェイクラッチの説明図である。第２実施形態に係る複合型圧縮装置の断面図である。第２実施形態に係る変速機構の説明図である。第３実施形態に係る複合型圧縮装置の断面図である。図６のＡ−Ａ断面図である。図６のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１０１…ハウジング、１０２…シャフト、１０３…プーリ（回転体）、
１０４…フロントハウジング、１０５…プーリシャフト、１１０…圧縮機構、
１２０…電磁クラッチ（クラッチ機構）、１３０…電動モータ部、
１３３…モータシャフト、１３５…ワンウェイクラッチ、
１８０…変速機構、１８１…太陽歯車、１８２…遊星歯車、１８３…リングギア。

Claims

ハウジング（１０１、１０４）と、
前記ハウジング（１０１、１０４）内に構成され流体を吸入圧縮する圧縮機構（１１０）と、
前記ハウジング（１０１、１０４）内に構成された電動モータ部（１３０）と、
前記ハウジング（１０１、１０４）外に配設された外部駆動源から駆動力を得て、前記圧縮機構（１１０）を駆動するプーリ（１０３）と、
前記電動モータ部（１３０）の回転を減速して圧縮機構（１１０）に伝達するとともに、前記プーリ（１０３）の回転を増速して圧縮機構（１１０）に伝達する変速機構（１８０）とを備え、
前記変速機構（１８０）は、前記電動モータ部（１３０）のモータシャフト（１３３）に形成された太陽歯車（１８１）、前記プーリ（１０３）のプーリシャフト（１０５）に固定されて前記プーリシャフト（１０５）の回転とともに自転しながら前記太陽歯車（１８１）の周りを公転する遊星歯車（１８２）および前記圧縮機構（１１０）に連結されたリングギア（１８３）を有する遊星歯車機構で構成されており、
さらに、前記モータシャフト（１３３）の回転のうち、前記プーリシャフト（１０５）の前記圧縮機構（１１０）を駆動する回転方向に対して、逆向きの回転のみを許容するワンウェイクラッチ（１３５）を備えることを特徴とする複合型圧縮装置。
前記プーリ（１０３）に伝達された駆動力を断続可能に前記圧縮機構（１１０）に伝達する電磁クラッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の複合型圧縮装置。
前記圧縮機構（１１０）は、ベーン型圧縮機構であることを特徴とする請求項１または２に記載の複合型圧縮装置。
前記プーリシャフト（１０５）と前記ハウジング（１０４）との隙間を密閉するリップシール（１０２ｅ）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の複合型圧縮装置。
前記モータシャフト（１３３）と前記ハウジング（１０１）との隙間を密閉するリップシール（１０２ｅ）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の複合型圧縮装置。
前記太陽歯車（１８１）、前記遊星歯車（１８２）および前記リングギア（１８３）は、ピッチ面が円錐面状のかさ歯車で形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合型圧縮装置。