JP4443263B2 - ハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの能力設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、２つの圧縮機構を備えたハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの圧縮機部の能力設定方法に関する。

車両用冷凍システムに使用する圧縮機として、車両用原動機（内燃機関からなる車両走行用エンジンあるいは、電気自動車等における車両走行用電動モータ）により駆動される圧縮機構と、圧縮機専用の電動モータ（たとえば、圧縮機に内蔵された電動モータ）により駆動される圧縮機構との２つの圧縮機構を備えたハイブリッド圧縮機が知られている（たとえば、特許文献１）。

また、車両用冷凍システム用のハイブリッド圧縮機として、先に本出願人の一人により、１台の圧縮機内に、車両用原動機のみにより駆動されるスクロール型の第１圧縮機構と、内蔵電動モータのみにより駆動されるスクロール型の第２圧縮機構とを、両圧縮機構の固定スクロールを背中合わせにして一体的に組み込んだハイブリッド圧縮機が提案されている（たとえば、特許文献２）。このようなハイブリッド圧縮機により、それぞれの圧縮機構を単独で、あるいは同時に運転することが可能になり、そのときの要求に応じて最適な吐出性能を得ることが可能となった。
実開平６−８７６７８号公報（実用新案登録請求の範囲） 特願２００１−２８０６３０号（特許請求の範囲）

上記のようなハイブリッド圧縮機、とくに特許文献２に係るハイブリッド圧縮機においては、圧縮機の１回転当たりの排斥量、つまり、圧縮機１回転当たりの取り込み容量を決める場合、両圧縮機構の同時運転を前提として、内蔵電動モータにより駆動される第２圧縮機構の排斥量をある値に特定し（内蔵電動モータ側への供給電力量がおおよそ決まっているため、この第２圧縮機構の排斥量はおおよそある値に特定可能である）、車両用原動機により駆動される第１圧縮機構の排斥量を、「圧縮機全体として必要な排斥量（冷房能力等から要求される圧縮機全体として必要な排斥量）−電動モータ側の第２圧縮機構の排斥量＝第１圧縮機構の排斥量」として求めていた。つまり、車両に要求される冷房能力等の大きさに合わせて、第１圧縮機構側の排斥量を増減させ、それによって圧縮機全体としての必要排斥量を調整していた。そのため、車両の冷房能力等に応じて、ハイブリッド圧縮機としては別のもの（つまり、内蔵電動モータ側の第２圧縮機構の構造は実質的に同じでも車両用原動機により駆動される第１圧縮機構の構造（とくに、サイズ）が異なるもの）を製作することとなっていた。

このように車両に応じて異なるハイブリッド圧縮機を製作する場合、部品の共通化が難しくなり、製造コストの低減、生産性の向上が難しくなるという問題がある。とくに前記特許文献２に係るハイブリッド圧縮機の場合、両圧縮機構の固定スクロールを背中合わせにして一体的に組み込むので、両固定スクロールを一体化した固定スクロール部材としては、たとえ内蔵電動モータ側の第２圧縮機構の構造、サイズが同じでも第１圧縮機構側の構造、サイズが変わると異なった部材として製作する必要があるため、異なる成形型や加工工程を準備しなければならず、コスト増大、生産性低下を招くこととなっている。

そこで本発明の課題は、ハイブリッド圧縮機に要求される、運転上必要な排斥量を、第１圧縮機構側、第２圧縮機構側それぞれの機械的な排斥量の調整によって達成するのではなく、他の手法によって達成できるようにし、第１圧縮機構側、第２圧縮機構側それぞれの機械的な排斥量（つまり、１回転当たりの取り込み量）を実質的に一定にして、車種によらず部品を共通化できるようにし、かつ、圧縮機全体としても共通化できるようにし（最小モデル数で済むようにし）、それによって製造コストの低減、生産性の向上をはかることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの能力設定方法は、１台の圧縮機内に、車両用原動機により駆動力伝達機構を介して駆動されスクロール型圧縮機構からなる第１圧縮機構と、内蔵された電動モータにより駆動されスクロール型圧縮機構からなる第２圧縮機構とが一体的に組み付けられており、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせでかつ一体に形成されたハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの圧縮機部の能力を目標能力に設定するに際し、前記第１圧縮機構の１回転当たりの排斥量と前記第２圧縮機構の１回転当たりの排斥量をそれぞれ予め定めた所定値に固定し、冷凍システムに要求される能力に応じて、前記第１圧縮機構の単位時間当たりの排斥量を、前記駆動力伝達機構における車両用原動機側と第１圧縮機構側間の伝達比により設定することを特徴とする方法からなる。

この能力設定方法においては、さらに、前記第２圧縮機構の単位時間当たりの排斥量を、前記内蔵電動モータの最高回転数により設定することができる。つまり、第１圧縮機構の単位時間当たりの排斥量を、駆動力伝達機構における車両用原動機側と第１圧縮機構側間の伝達比により設定するだけでなく、それに加えて、第２圧縮機構側についても、単位時間当たりの排斥量を、内蔵電動モータの最高回転数により設定することができる。

このような本発明に係る車両用冷凍システムの能力設定方法に使用されるハイブリッド圧縮機としては、第１圧縮機構および第２圧縮機構がスクロール型圧縮機構からなるハイブリッド圧縮機に本発明を適用しているので、製作に手間とコストのかかるスクロール部材の共通化が可能となり、とくに優れた作用、効果が得られる。

そして、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせでかつ一体に形成されており、この固定スクロール部材の共通化が可能となって、大幅な製造コストの低減、生産性の向上が可能となり、さらには、多数の車種にかかわらず製造すべきハイブリッド圧縮機のモデル数を必要最小限に抑えることが可能となる。

本発明に係るハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの能力設定方法によれば、ハイブリッド圧縮機内における機械的な構造を実質的に一定に維持しつつ、原動機側からの駆動力伝達比および／または内蔵電動モータの最高回転数の適切な設定変更により、冷凍システムにおける圧縮機部分の能力を、車両側からの要求に応じた最適な能力に設定することが可能となり、ハイブリッド圧縮機自体としては、部品の共通化、モデルの共通化をはかることができる。また、必要モデル数を最小化することもできる。その結果、ハイブリッド圧縮機、ひいては車両用冷凍システムの製造コストの大幅な低減、生産性の向上を達成することができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの能力設定方法を実施するためのシステムの、ハイブリッド圧縮機部分を主体に示したものである。本実施態様においては、ハイブリッド圧縮機はスクロール型の圧縮機からなり、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２とを備えている。第１圧縮機構１は、端板１０ａと渦巻体１０ｂとを有する固定スクロール１０と、端板１１ａと渦巻体１１ｂとを有し固定スクロール１０とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット）１２を形成する可動スクロール１１と、可動スクロール１１に係合して可動スクロール１１を旋回運動させる駆動軸１３と、駆動軸１３に固定されたクラッチアーマチュア１４ａと、車両走行用の原動機４０からの駆動力が伝達されるプーリー１４ｂと、クラッチアーマチュア１４ａとプーリー１４ｂとを着脱させる電磁石１４ｃとを有する電磁クラッチ１４と、可動スクロール１１の自転を阻止するボールカップリング１５と、ケーシングに形成された吸入ポート１６とを備えている。固定スクロールの端板１０ａに吐出穴１０ａ′が形成されている。ここで車両用原動機４０は、内燃機関からなるエンジンと、電気自動車等における車両走行用の電動モータとを含む概念である。

車両用原動機４０からの駆動力は、プーリー４１、上記プーリー１４ｂ、これらを接続するベルト４２（たとえば、Ｖベルト）からなる駆動力伝達機構４３、および電磁クラッチ１４を介して第１圧縮機構１に伝達される。この第１圧縮機構１ににおける１回転当たりの排斥量、つまり、１回転当たりの流体取り込み量は、第１圧縮機構１の機械的な寸法、より詳しくは、固定スクロール１０と可動スクロール１１とによって決められる機械的な取り込み容積によって決まる。

一方、第２圧縮機構２は、端板２０ａと渦巻体２０ｂとを有する固定スクロール２０と、端板２１ａと渦巻体２１ｂとを有し固定スクロール２０とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット）２２を形成する可動スクロール２１と、可動スクロール２１に係合して可動スクロール２１を旋回運動させる駆動軸２３と、可動スクロール２１の自転を阻止するボールカップリング２４と、ケーシングに形成された吸入ポート２５とを備えている。固定スクロールの端板２０ａに吐出穴２０ａ′が形成されている。この第２圧縮機構２の駆動軸２３を駆動するために、電動モータ２６が内蔵されて配設されている。内蔵電動モータ２６は、駆動軸２３に固定された回転子２６ａと、固定子２６ｂとを有している。

本実施態様では、第１圧縮機構１の固定スクロール１０と第２圧縮機構２の固定スクロール２０とは背中合わせに配設されており、かつ、両固定スクロール１０、２０は一体に形成されている。一体化された端板１０ａ、２０ａ内に、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２共通の吐出通路３０が形成されている。吐出通路３０の下流端に吐出ポート３１が形成されている。第１圧縮機構１の端板１０ａに形成された吐出穴１０ａ′と、第２圧縮機構２の端板２０ａに形成された吐出穴２０ａ′とは、逆止弁３２を介して吐出通路３０の上流端に接続している。ただし、共通の吐出通路３０とせずに、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２のそれぞれに対して吐出通路を設け、それら各吐出通路が共通の吐出室へと接続される構造としてもよい。

このように、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２とは、一体的に組み付けられており、１台のハイブリッド圧縮機Ａが構成されている。ハイブリッド圧縮機Ａが原動機４０で駆動される場合には、電磁クラッチ１４がＯＮされ、原動機４０の回転がクラッチアーマチュア１４ａを介して第１圧縮機構１の駆動軸１３へ伝達され、駆動軸１３により可動スクロール１１が旋回駆動される。吸入ポート１６から流入した冷媒ガスが作動空間１２取り込まれ、作動空間１２が体積を減少させつつ固定スクロール１０の中心へ向けて移動し、作動空間１２内の冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは固定スクロール１０の端板１０ａに形成された吐出穴１０ａ′と逆止弁３２とを介して吐出通路３０へ吐出され、吐出ポート３１を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出する。

第１圧縮機構１のみで駆動される場合には、第２圧縮機構２を駆動する電動モータ２６には電力は供給されず、電動モータ２６は回転しない。従って第２圧縮機構２は作動しない。逆止弁３２により第２圧縮機構２の吐出穴２０ａ′が閉鎖されるので、第１圧縮機構１から吐出した冷媒ガスは第２圧縮機構２へは逆流しない。

ハイブリッド圧縮機Ａが電動モータ２６により駆動される場合には、電動モータ２６がＯＮされて回転し、電動モータ２６の回転が第２圧縮機構２の駆動軸２３へ伝達され、駆動軸２３により可動スクロール２１が旋回駆動される。吸入ポート２５から流入した冷媒ガスが作動空間２２に取り込まれ、作動空間２２が体積を減少させつつ固定スクロール２０の中心へ向けて移動し、作動空間２２内の冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは固定スクロール２０の端板２０ａに形成された吐出穴２０ａ′と逆止弁３２とを介して吐出通路３０へ吐出され、吐出ポート３１を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出する。このとき、第１圧縮機構１の電磁クラッチ１４には通電されず、原動機４０の回転は第１圧縮機構１へは伝達されない。従って第１圧縮機構１は作動しない。逆止弁３２により第１圧縮機構１の吐出穴１０ａ′が閉鎖されるので、第２圧縮機構２から吐出した冷媒ガスは第１圧縮機構１へ逆流しない。

このようにハイブリッド圧縮機Ａにおいては、第１圧縮機構１は第１駆動源である原動機４０のみにより駆動可能であり、第２圧縮機構２は第１駆動源とは異なる第２駆動源である内蔵電動モータ２６のみにより駆動可能であり、両圧縮機構１、２の同時駆動も可能である。このようなハイブリッド圧縮機Ａが、車両用冷凍システムにおける冷媒圧縮用の圧縮機として使用されている。

本発明においては、上記のような実施形態において、上記第１圧縮機構１の１回転当たりの排斥量（つまり、機械的に決まる、１回転当たりの流体取り込み量）と上記第２圧縮機構２の１回転当たりの排斥量（つまり、機械的に決まる、１回転当たりの流体取り込み量）とが、それぞれ予め定めた所定値に固定される。したがって、第１圧縮機構１、第２圧縮機構２ともに、あるモデルにおいて、機械的な構造が実質的に一定とされる。そして、冷凍システムに要求される能力に応じて、少なくとも、第１圧縮機構１の単位時間当たりの排斥量（つまり、単位時間当たりの流体取り込み量であって、上記１回転当たりの排斥量×単位時間当たりの回転数）を、駆動力伝達機構４３における車両用原動機４０側と第１圧縮機構側１間の伝達比、本実施態様では、プーリー比により設定することができる。プーリー比は、プーリー１４ｂ、プーリー４１のいずれか一方、あるいは両方の径を変更することにより容易に変更できる。

このように、第２圧縮機構２側については、その機械的な構造とともに、内蔵電動モータ２６の回転数（最高回転数）を固定したまま、第１圧縮機構側１における駆動力の伝達比のみを変更することにより、同じモデル、サイズのハイブリッド圧縮機Ａでありながら、車両側からの種々の要求能力、とくに冷房能力に応じた圧縮機能力に設定することが可能となる。

また、本発明においては、第２圧縮機構２側についても、第２圧縮機構２の１回転当たりの排斥量を予め定めた所定値に固定して機械的な構造を一定とし、内蔵電動モータ２６の最高回転数を変更することにより、同じモデル、サイズのハイブリッド圧縮機Ａでありながら、車両側からの種々の要求能力、とくに冷房能力に応じた圧縮機能力に設定することが可能となる。

このように、車両側から各種の冷房能力の要求があっても、同じモデル、サイズのハイブリッド圧縮機Ａを使用して、それらに要求能力に合った圧縮機として使用できるようになる。その結果、各種車両に対し、使用ハイブリッド圧縮機の部品の共通化をはかることができ、ハイブリッド圧縮機のモデルの共通化もはかることができる。したがって、製造されるべきハイブリッド圧縮機のモデル数を必要最小限に抑えることが可能となる。とくに、図示したような両固定スクロール１０、２０が背中合わせに一体形成されているハイブリッド圧縮機Ａでは、この一体化された固定スクロール部材を共通化でき、さらには対応する可動スクロール１１、２１も共通化できるので、部品共通化による大きな製造コストの低減、生産性の向上効果が得られる。

本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの能力設定方法を実施するためのシステムの、ハイブリッド圧縮機部分の縦断面図である。

符号の説明

Ａ ハイブリッド圧縮機
１ 第１圧縮機構
２ 第２圧縮機構
１０、２０ 固定スクロール
１１、２１ 可動スクロール
１４ 電磁クラッチ
１４ｂ 第１圧縮機構側のプーリー
２６ 内蔵電動モータ
４０ 車両用原動機
４１ 原動機側のプーリー
４２ ベルト
４３ 駆動力伝達機構

Claims (2)

1. １台の圧縮機内に、車両用原動機により駆動力伝達機構を介して駆動されスクロール型圧縮機構からなる第１圧縮機構と、内蔵された電動モータにより駆動されスクロール型圧縮機構からなる第２圧縮機構とが一体的に組み付けられており、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせでかつ一体に形成されたハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの圧縮機部の能力を目標能力に設定するに際し、前記第１圧縮機構の１回転当たりの排斥量と前記第２圧縮機構の１回転当たりの排斥量をそれぞれ予め定めた所定値に固定し、冷凍システムに要求される能力に応じて、前記第１圧縮機構の単位時間当たりの排斥量を、前記駆動力伝達機構における車両用原動機側と第１圧縮機構側間の伝達比により設定することを特徴とする、ハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの能力設定方法。
2. さらに、前記第２圧縮機構の単位時間当たりの排斥量を、前記内蔵電動モータの最高回転数により設定する、請求項１のハイブリッド圧縮機を使用した車両用冷凍システムの能力設定方法。

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