JP4576259B2

JP4576259B2 - 電動圧縮機

Info

Publication number: JP4576259B2
Application number: JP2005037522A
Authority: JP
Inventors: 彰良東山
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006226128A

Description

本発明は、圧縮機構駆動用の電動モータを内蔵した電動圧縮機に関し、とくに車両用冷凍システム等に好適なハイブリッド圧縮機における、電動モータの冷却機構に関する。

圧縮機構駆動用の電動モータを内蔵した電動圧縮機、とくに車両用冷凍システム等に用いられる電動圧縮機はよく知られている。このような電動圧縮機においては、電動モータは専用の駆動制御回路からの指令により、電動モータに高電圧部からのパルス電圧をｄｕｔｙ制御印加し、ロータの回転数を制御しながら運転されるようになっている。しかし、電動モータのコイル部は抵抗を持っている。このためコイル部に電流が流れる際にはコイル部（とくに、ステータのコイル部）は発熱する。一方、このような圧縮機においては、圧縮機ハウジング内に取り込まれた被圧縮流体の一部は前記圧縮機構に取り込まれ圧縮されるが、前記圧縮機構に取り込まれなかった残りの被圧縮流体によりステータ等が冷却され、ステータひいては電動モータ全体の過熱が防止されるようになっている。

しかし、電動モータの温度は、上記発熱量と圧縮機ハウジング等からの放熱量、および上記被圧縮流体による冷却効果等のバランスにより決定されるが、発熱量が放熱量を大きく上回った場合には電動モータは過熱される。また、上記のように電動モータの周辺は被圧縮流体の雰囲気になっているが、その流れは緩やかであるため熱交換が促進されず、結果として発熱量が放熱量を大きく上回り、電動モータが過熱されるおそれがある。電動モータが過熱されると、ロータの磁石が減磁し電動モータの運転可能範囲が狭くなるおそれがある。また、電動モータの起動性低下等の不具合が生じるおそれがある。

このような電動モータの過熱の問題は、圧縮機構駆動用の電動モータを内蔵した単純な電動圧縮機のみならず、内蔵電動モータと、それとは別の外部駆動源（たとえば、車両走行用エンジン）とを圧縮機構の駆動源としたハイブリッド圧縮機においても、同様に存在する。

たとえば、車両用冷凍システム等に利用するハイブリッド圧縮機として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（特許文献１）。このようなハイブリッド圧縮機においては、それぞれの圧縮機構を単独で、あるいは同時に駆動することが可能となり、そのときの要求に応じた最適な吐出性能を得ることが可能となる。たとえば、低負荷時（駐車中のアイドリング状態等）においては、電動モータにより第２圧縮機構のみを運転、または電動モータにより第２圧縮機構を運転しつつ低速回転される車両用原動機で第１圧縮機構を運転する。また、高負荷時（走行時）においては電動モータと車両用駆動源により両圧縮機構を同時に運転するような切換えが可能になる。

しかし、電動モータの単独運転モードから、電動モータにより第２圧縮機構を運転しつつ低速回転される車両用原動機で第１圧縮機構を運転するような同時運転モード（たとえば夏季等において高速走行状態からアイドル停車状態等に移行するような場合）においては、電動モータの発熱量が放熱量を大きく上回り電動モータが過熱されるおそれがある。電動モータが過熱された場合には、一時的に電動モータの運転を停止する必要があるため冷房能力が低下するおそれがある。また、電動モータの抵抗増加に伴いモータ効率が低下するおそれがある。
特開２００３−１６１２５７号公報

そこで本発明の課題は、圧縮機構駆動用の電動モータを効率よく冷却することにより該電動モータの過熱を防止し、電動モータおよび電動圧縮機の運転効率、耐久性、信頼性を向上できる電動圧縮機を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動圧縮機は、圧縮機構と、該圧縮機構の駆動源としての電動モータとがハウジング内に内蔵され、該ハウジング内が、前記圧縮機構の吸入側と電動モータ側に区画された電動圧縮機において、前記電動モータがＵ相、Ｖ相、Ｗ相が位相をずらせて配置された三相モータからなり、前記ハウジングに、前記圧縮機構の吸入側に吸入された被圧縮流体の一部を電動モータ側に送る連通路を、複数のＵ相のうち少なくとも一つのＵ相に対向して開口される通路と、複数のＶ相のうち少なくとも一つのＶ相に対向して開口される通路と、複数のＷ相のうち少なくとも一つのＷ相に対向して開口される通路とからなるように、ハウジングの周方向に複数設けたことを特徴とするものからなる。このような構成においては、ハウジング内に吸入された被圧縮流体の一部は連通路を介して、確実に電動モータ側に送られる。つまり、被圧縮流体の吸入時においては、圧縮機構の吸入側は電動モータ側に対し正圧の状態となるから、圧縮機構の吸入側の被圧縮流体の一部は、確実に電動モータ側に送られる。したがって、電動モータと連通路から流入する被圧縮流体との間において活発な熱交換が行なわれるので、電動モータが効果的に冷却され過熱が防止される。

上記連通路はハウジングの周方向に複数配設される。このような構成においては、電動モータ、とくに外観環状に形成されるステータが効果的に冷却されるので、電動モータの過熱を確実に防止できる。

上記電動モータは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が位相をずらせて配置された三相モータから構成され、互いに位相をずらせて配置された同一相同士は互いに連結されている。したがって、複数の連通路を、複数のＵ相のうち少なくとも一つのＵ相に対向して開口される通路と、複数のＶ相のうち少なくとも一つのＶ相に対向して開口される通路と、複数のＷ相のうち少なくとも一つのＷ相に対向して開口される通路と（つまり、最低３つの通路）から形成することで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相全体を冷却できる。

また、上記複数の連通路は、少なくとも一つのＵ相とＶ相との間に対向して開口される通路と、少なくとも一つのＶ相とＷ相との間に対向して開口される通路と、少なくとも一つのＵ相とＷ相との間に対向して開口される通路とから形成することも可能である。このような構成においては、一つのＵ相、一つのＶ相、一つのＷ相ごとに少なくとも２箇所が冷却されることになるので、各相全体が効率的に冷却される。

本発明は、電動モータを内蔵する電動圧縮機であればいかなるタイプの電動圧縮機にも適用可能であり、いわゆるハイブリッド圧縮機にも適用可能である。たとえば、電動圧縮機が、前記内蔵電動モータとは別の第１駆動源のみにより駆動される第１圧縮機構と、第２駆動源としての前記内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構とが並設され一体的に組み付けられたハイブリッド圧縮機からなる場合も適用可能である。

このようなハイブリッド圧縮機においては、たとえば、上記第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り、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせに配置されている構成を採用できる。この背中合わせに配置された両固定スクロールは一体形成された固定スクロール部材からなる構造とすることもできる。また、第１圧縮機構の吸入側と第２圧縮機構の吸入側とを連通路を介して連通すれば、電動圧縮機の外部から一方の圧縮機構の吸入側に吸入された被圧縮流体を、他方の圧縮機構の吸入側に供給することができるので、各圧縮機構に対し、別々に吸入ポートを設ける必要はない。

上記第１駆動源としては、車両用原動機、たとえば、車両走行用のエンジンや、上記内蔵電動モータとは別の電動モータを使用することができる。

このような本発明に係る電動圧縮機によれば、圧縮機ハウジング内に吸入された被圧縮流体により、電動モータが効率よく冷却され、過熱が確実に防止されるので、電動モータおよび電動圧縮機の運転効率、耐久性、信頼性を向上できる。

以下に本発明に係る電動圧縮機の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施態様に係る電動圧縮機を示しており、とくに、本発明をハイブリッド圧縮機に適用した場合を示している。ただし、本発明は、ハイブリッド圧縮機に限らず、単に内蔵電動モータのみを駆動源として有する電動圧縮機にも適用できる。

ハイブリッド圧縮機１はスクロール型の圧縮機からなり、第１圧縮機構２と第２圧縮機構３とを備えている。第１圧縮機構２は、固定スクロール４と、固定スクロール４とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット）５を形成する可動スクロール６と、可動スクロール６に係合して可動スクロール６を旋回運動させる駆動軸７と、第１駆動源としての車両走行用の原動機（図示略）からの駆動力が伝達されるプーリ８と駆動軸７との間の駆動力伝達をオン、オフする電磁クラッチ９と、可動スクロール６の自転を阻止するボールカップリング１０と、ハウジング１１に形成された吸入ポート１２とを備えている。吸入ポート１２からハウジング１１内に吸入された被圧縮流体（たとえば、冷媒ガス）は、作動空間５内に取り込まれ、作動空間５が体積を減少させつつ固定スクロール４の中心へ向けて移動されることにより、作動空間５内の冷媒ガスが圧縮される。固定スクロール４の中央部には吐出穴１３が形成されており、圧縮された冷媒ガスは吐出穴１３、吐出通路（図示略）、吐出ポート１５を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出される。

一方、第２圧縮機構３は、固定スクロール１６と、固定スクロール１６とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット）１７を形成する可動スクロール１８と、可動スクロール１８に係合して可動スクロール１８を旋回運動させる駆動軸１９と、可動スクロール１８の自転を阻止するボールカップリング２０とを備えている。この第２圧縮機構３の駆動軸１９を駆動するために、電動モータ２１が内蔵されている。電動モータ２１は、駆動軸１９に固定されたロータ２２と、ステータ２３とを有しており、ステータ２３は、ハウジング１１の一部として形成されたステータハウジング２４に固定されるとともに、電動モータ２１全体がステータハウジング２４内に収納されている。この第２圧縮機構３においては、吸入ポート１２から第１圧縮機構２の吸入側３０へと吸入された被圧縮流体（たとえば、冷媒ガス）が、複数の連通路２５を通して第２圧縮機構３の吸入側３１に吸入され、作動空間１７内に取り込まれ、作動空間１７が体積を減少させつつ固定スクロール１６の中心へ向けて移動されることにより、作動空間１７内の冷媒ガスが圧縮される。固定スクロール１６の中央部には吐出穴２６が形成されており、圧縮された冷媒ガスは吐出穴２６、吐出通路２７を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出される。

本実施態様では、第１圧縮機構２の固定スクロール４と第２圧縮機構３の固定スクロール１６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４、１６は一体化された固定スクロール部材２８として形成されている。

ハイブリッド圧縮機１の第１圧縮機構２のみが稼働される場合には、第２圧縮機構３を駆動する電動モータ２１には電力は供給されず、電動モータ２１は回転しない。従って第２圧縮機構３は作動しない。ハイブリッド圧縮機１が電動モータ２１のみにより駆動される場合には、電動モータ２１がオンされて回転し、電動モータ２１の回転が第２圧縮機構３の駆動軸１９へ伝達され、駆動軸１９により可動スクロール１８が旋回駆動される。このとき、第１圧縮機構２の電磁クラッチ９には通電されず、第１駆動源としての車両用原動機の回転は第１圧縮機構２へは伝達されない。従って第１圧縮機構２は作動しない。両圧縮機構２、３が同時駆動される場合には、車両用原動機からの駆動力が第１圧縮機構２の可動スクロール４に伝達されるとともに、電動モータ２１がオンされてその駆動力が第２圧縮機構３の可動スクロール１６に伝達される。

電動モータ２１の端子部３２は、搭載形態におけるハイブリッド圧縮機１の上部に配置されている。端子部３２は、電動モータ２１の給電用外部端子３３と電動モータ２１のステータ２３からのワイヤ３４の端子部とに接続されている。端子部３２は、ステータハウジング２４に形成された中空突出部３５に収納されている。

電動モータ２１は三相モータから構成されている。電動モータ２１のステータ２３は、図２、図３に示すように外観環状に形成されている。ステータ２３は、環状の鉄芯３６と該鉄芯３６の内周の周方向に配設された９個のコイル巻回部３７を有している。各コイル巻回部３７には、コイルが巻回されており、Ｕ相３８、Ｖ相３９、Ｗ相４０が鉄芯３６の周方向に順に形成されている。Ｕ相３８は、鉄芯３７の周方向に１２０度角度をずらせて配置されており各Ｕ相３８は互いに連結されている。また、Ｖ相３９、Ｗ相４０もＵ相３８と同様に配置されている。

上記連通路２５はハウジング１１の周方向に配設されており、本実施態様においては各Ｕ相３８に対向するように連通路２５ａが開口されている。つまり、該連通路２５ａから吐出される被圧縮流体はＵ相３８へ直接吹き付けられるようになっている。また、各Ｖ相３９に対向して連通路２５ｂが開口され、各Ｗ相４０に対向して連通路２５ｃが開口されている。したがって、連通路２５ｂ、連通路２５ｃから吐出された被圧縮流体は直接、Ｖ相３９、Ｗ相４０へ吹き付けられるようになっている。

本実施態様においては、ハウジング１１内に吸入された被圧縮流体の一部は連通路２５ａ、２５ｂ、２５ｃを介して、確実に電動モータ側、換言すればモータハウジング２４側に送られる。つまり、被圧縮流体の吸入時においては、圧縮機構２、３の吸入側３０、３１は電動モータ側に対し正圧の状態となるから、圧縮機構２、３の吸入側３０、３１の被圧縮流体の一部は、確実に電動モータ側に送られる。したがって、電動モータ２１と連通路から流入する被圧縮流体との間において活発な熱交換が行なわれるので、電動モータ２１が効果的に冷却され過熱が防止される。

また、連通路２５ａ、２５ｂ、２５ｃはハウジングの周方向に複数配設されるとともに、連通路２５ａ、２５ｂ、２５ｃから吐出される被圧縮流体は直接、Ｕ相３８、Ｖ相３９、Ｗ相４０へ吹き付けられるので、電動モータ２１、とくに外観環状に形成されるステータ２３全体が効果的に冷却され、電動モータ２１の過熱を確実に防止できる。

なお、本実施態様においては、全てのＵ相３８、Ｖ相３９、Ｗ相４０に対応して連通路２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられているが、上述のように同一相同士は互いに連結されているので、同一相のうちいずれか一つの相を冷却すれば全ての同一相に冷却効果が及ぶことになる。したがって、同一相のうちいずれか一つの相に対応させて連通路２５を設けるだけでも十分な冷却効果を期待できる。

図４は、本発明の参考態様に係る電動圧縮機の内蔵電動モータのステータ２３に対する連通路２５の開口位置関係を示している。本参考態様においては、Ｕ相３８とＶ相３９との間に対向して連通路２５ｄが開口され、Ｖ相３９とＷ相４０の間に対向して連通路２５ｅが開口され、Ｕ相３８とＷ相４０の間に対向して連通路２５ｆが開口されている。

本参考態様においては、たとえば、Ｕ相３８は連通路２５ｄ、２５ｆからの被圧縮流体により効果的に冷却される。また、Ｖ相３９は２５ｅ、２５ｄからの被圧縮流体により効果的に冷却される。さらに、Ｗ相４０は２５ｅ、２５ｆからの被圧縮流体により効果的に冷却される。

なお、上述のように同一相同士は互いに連結されているので、同一相のうちいずれか一つの相を冷却すれば全ての同一相に冷却効果が及ぶことになる。したがって、連通路２５ｄ、２５ｅ、２５ｆを各一つ設けるだけでも十分な冷却効果を期待できる。

本発明は、圧縮機構駆動用の電動モータを内蔵したあらゆる電動圧縮機に適用可能であり、とくに内蔵電動モータとそれとは別の駆動源により各圧縮機構を駆動できるようにしたハイブリッド圧縮機からなる電動圧縮機にも適用できる。

本発明の第１実施態様に係る電動圧縮機としてのハイブリッド圧縮機の縦断面図である。図１のハイブリッド圧縮機のステータの正面図である。図２のステータのＩＩＩ矢視図である。本発明の参考態様に係る電動圧縮機としてのハイブリッド圧縮機の電動モータのステータの正面図である。

符号の説明

１電動圧縮機としてのハイブリッド圧縮機
２第１圧縮機構
３第２圧縮機構
４、１６固定スクロール
５、１７作動空間（流体ポケット）
６、１８可動スクロール
７駆動軸
８プーリ
９電磁クラッチ
１０、２０ボールカップリング
１１ハウジング
１２吸入ポート
１３、２６吐出穴
１５吐出ポート
１９駆動軸
２１電動モータ
２２ロータ
２３ステータ
２４ステータハウジング
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ連通路
２７吐出通路
２８固定スクロール部材
３０、３１吸入側
３２端子部
３３給電用外部端子
３４ワイヤ
３５中空突出部
３６鉄芯
３７コイル巻回部
３８Ｕ相
３９Ｖ相
４０Ｗ相

Claims

圧縮機構と、該圧縮機構の駆動源としての電動モータとがハウジング内に内蔵され、該ハウジング内が、前記圧縮機構の吸入側と電動モータ側に区画された電動圧縮機において、前記電動モータがＵ相、Ｖ相、Ｗ相が位相をずらせて配置された三相モータからなり、前記ハウジングに、前記圧縮機構の吸入側に吸入された被圧縮流体の一部を電動モータ側に送る連通路を、複数のＵ相のうち少なくとも一つのＵ相に対向して開口される通路と、複数のＶ相のうち少なくとも一つのＶ相に対向して開口される通路と、複数のＷ相のうち少なくとも一つのＷ相に対向して開口される通路とからなるように、ハウジングの周方向に複数設けたことを特徴とする電動圧縮機。
前記電動圧縮機が、前記内蔵電動モータとは別の第１駆動源のみにより駆動される第１圧縮機構と、第２駆動源としての前記内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構が並設され一体的に組み付けられたハイブリッド圧縮機からなる、請求項１に記載の電動圧縮機。
前記第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り、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせに配置されている、請求項２に記載の電動圧縮機。
前記背中合わせに配置された固定スクロールが一体形成された固定スクロール部材からなる、請求項３に記載の電動圧縮機。
前記第１駆動源が車両用原動機からなる、請求項２ないし４のいずれかに記載の電動圧縮機。