JP4652225B2

JP4652225B2 - コンプレッサ

Info

Publication number: JP4652225B2
Application number: JP2005366652A
Authority: JP
Inventors: 誠尾野; 航佐久間
Original assignee: Toyota Boshoku Corp; Aichi Micro Intelligent Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp; Aichi Micro Intelligent Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: JP2006200529A

Description

本発明は、コンプレッサに関し、さらに詳しくは、機体に穴あけ加工を必要とせずコンパクトで且つ安価な構造のコンプレッサに関する。

従来より、車両空調用のコンプレッサとして、焼付き等による回転不良状態を検出するために回転検出機構を備えるものが知られている。この回転検出機構は、例えば、図５に示すように、非磁性のハウジング部材１０１に貫通穴１０２を形成し、この貫通穴１０２にＯリング１０３を介して検出センサ１０４を装着してなる。そして、この検出センサ１０４は、検出体１０５の回転に伴って、磁石１０６から鉄心１０７に流れる磁束の変化をピックアップコイル１０８で電圧に変換して回転状態を検出するようになっている。
しかし、上記従来の回転検出機構では、ハウジング部材１０１に穴あけ加工を施して貫通穴１０２を形成する必要があり、コンプレッサの生産コストが高くなる。また、Ｏリング１０３によるシール構造が必要であり、さらに生産コストが高くなる。さらに、検出センサ１０４に付着した異物がコンプレッサの内部に入り、コンプレッサの焼付けの可能性がある等の問題があった。

そこで、上記問題を解決する従来のコンプレッサとして、ハウジング部材の外側に検出センサを設けてなり、ハウジング部材に穴あけ加工を必要としないものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）
上記特許文献１には、機体の外側に検出器１８を設けてなり、電磁クラッチ６からの漏れ磁束を、駆動軸７、この駆動軸と共動する回転基体８（検出体）、及び機体を結合するボルト１４（締結具）に順次導通せしめて循環磁気回路を形成し、回転基板８の周期運動を介してボルト１４との間に磁束変化を生じさせるとともに、その磁束変化を検出器１８により検出し、その検出結果に基づいてコンプレッサの回転数を検知するように構成されたものが開示されている。これにより、簡素な構造で高い検出能力を発揮できる等の利点がある。
上記特許文献２には、コンプレッサの機体１の外側に、外部磁場に応じてインピーダンスが変化する磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を有する磁気センサ１５０を設け、検出体である斜板６の外周部に磁束発生源である永久磁石７を埋設し、さらに斜板６の１回転の何れかの時点で永久磁石７と磁気センサ１５０とが対向するように両者を配設してなるものが開示されている。これにより、磁気センサ１５０の磁気素子が、高感度ＭＩ素子であるので、機体１の外側からでも斜板６の回転による微弱な磁場変動を検出することができ、その結果、回転を高感度・高精度検出することが可能となる等の利点がある。

しかし、上記特許文献１では、磁気センサが、締結具の頭部もしくは締結具と対向する電磁クラッチのステータ側に配設されており、センサ取付け用のスペースによってコンプレッサの軸方向の全長が大きくなってしまうといった問題があった。
また、上記特許文献２では、コンプレッサの内部の検出体に磁束発生源（永久磁石７）を設けているため、この磁束発生源が検出体から脱落してコンプレッサの焼付き等が発生する恐れがある。さらに、磁束発生源が必要でありコンプレッサの生産コストが高くなる等の問題があった。

特開平６−２９９９６０号公報特開２００２−１９５８５４号公報

以上より本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、機体に穴あけ加工を必要とせずコンパクトで且つ安価な構造のコンプレッサを提供することを目的とする。

本発明は、以下の通りである。
１．機体を形成する複数のハウジング部材と、該複数のハウジング部材を結合する締結具と、該機体の一端側に設けられる電磁クラッチと、該機体に挿通され且つ該電磁クラッチを介して動力源に連結される駆動軸と、該駆動軸と共動して流体の圧縮を行う可動部材と、該駆動軸と共動する検出体と、該検出体により該駆動軸の回転状態を検出する検出手段と、を備えるコンプレッサにおいて、
前記検出体及び前記駆動軸は強磁性体からなり、前記電磁クラッチからの漏れ磁束を、該電磁クラッチを構成するステータ及びプーリを介して前記機体の外部側面側から前記締結具、該検出体及び該駆動軸を順次導通させて循環磁気経路を形成し、前記検出手段は、磁気インピーダンス素子を有する磁気センサで構成されており、該磁気センサは、前記循環磁気経路の磁束変化を検出し得るように、前記機体の外部側面側であり且つ前記締結具の近傍であり更に該締結具を介して前記検出体に対向する位置に設けられていることを特徴とするコンプレッサ。
２．前記検出体が、前記電磁クラッチと前記可動部材との間に配置されており、前記磁気センサと前記締結具との間隔は２０ｍｍ以下である上記１．記載のコンプレッサ。
３．前記磁気センサは、前記検出体の径方向先端面が前記締結具を介して前記機体の外部側面へ対向する位置から該機体の反電磁クラッチ側へ４０ｍｍ以内の位置に該磁気センサの中心が位置するように配設されている上記１．又は２．に記載のコンプレッサ。
４．前記締結具と前記磁気センサが配置された部分の前記機体の外部側面側との間の空間における前記駆動軸と直交する方向の長さは、前記磁気センサが配置された部分の前記機体の外部側面側における前記駆動軸と直交する方向の長さより小さい上記１．乃至３．のいずれか一項に記載のコンプレッサ。

本発明のコンプレッサによると、電磁クラッチからの漏れ磁束が、機体の外部側面側から検出体及び駆動軸に順次導通されて循環磁気回路が形成され、磁気センサによって、その循環磁気回路の磁束変化をハウジング部材の外部側面側から検出してコンプレッサの回転状態が検出される。これにより、機体に穴あけ加工を必要とせずコンパクトで且つ安価な構造のコンプレッサを提供することができる。
また、前記検出体が、前記電磁クラッチと前記可動部材との間に配置されており、前記磁気センサが、前記締結具を介して該検出体に対向する位置に配置されている場合は、より確実に循環磁気回路の磁束変化を検出することができる。

１．コンプレッサ
本発明に係るコンプレッサは、以下に述べるハウジング部材、締結具、駆動軸、可動部材、検出体、及び検出手段を備えている。このコンプレッサは、例えば、後述する斜板を更に備えることができる。
なお、上記コンプレッサの圧縮形態としては、例えば、レシプロ式、スクロール式、スクリュー式、ベーン式等を挙げることができる。

上記「ハウジング部材」は、複数個を組み合わせて機体を形成し得る限り、その材質、形状、個数等は特に問わない。このハウジング部材は、例えば、アルミニウムなどの非磁性体からなることができる。これにより、後述の循環磁気回路の磁束変化をより検出し易くなる。また、ハウジング部材としては、例えば、フロントハウジング、シリンダブロック、リヤハウジング等を挙げることができる。

上記「締結具」は、複数のハウジング部材を結合し得る限り、その構造、形状、個数等は特に問わない。この締結具は、例えば、機体の内部に挿通され且つ機体の軸方向に延びるボルト部材であることができる。また、この締結具は、例えば、鉄などの強磁性体からなることができる。これにより、後述の循環磁気回路の磁束変化をより検出し易くなる。

上記「駆動軸」は、上記機体に挿通され且つ電磁クラッチを介して動力源に連結され得る限り、その材質、形状、長さ等は特に問わない。この駆動軸は、通常、機体内に回転自在に支持されている。また、この駆動軸の材質は強磁性体（例えば、鉄等）であればよい。
なお、上記電磁クラッチは、通常、ハウジング部材としてのフロントハウジングの先端側に回転自在に支持されている。また、上記動力源としては、例えば、内燃機関、電動モータ等を挙げることができる。

上記「可動部材」は、上記駆動軸と共動し流体の圧縮を行い得る限り、その構造、移動形態等は特に問わない。この可動部材としては、コンプレッサの圧縮形態等に応じて適宜採用され得るが、例えば、ピストン、スクロール、スクリュー、ベーン等を挙げることができる。

上記「検出体」は、上記駆動軸と共動し得る限り、その材質、形状、移動形態等は特に問わない。この検出体は、例えば、上記駆動軸との共動によって、上記締結具との間に隙間変化を生じさせて循環磁気回路Ａ（図２参照）に磁束変化を生じさせることができる。この循環磁気回路Ａは、通常、上記電磁クラッチからの漏れ磁束が、機体の外部側面側から検出体及び駆動軸に順次導通されて形成されるものである。この循環磁気回路Ａは、例えば、上述のように、締結具が強磁性体からなる場合は、上記電磁クラッチからの漏れ磁束が、機体の外部側面側から締結具、検出体及び駆動軸に順次導通されて形成されることができる。これにより、この循環磁気回路の磁束変化をより検出し易くなる。さらに、この循環磁気回路Ａは、例えば、上記電磁クラッチからの漏れ磁束が、ステータ、プーリ、ハウジング部材、締結具、検出体及び駆動軸に順次導通されて形成されることができる。なお、上記検出体には、磁束発生源（永久磁石等）が設けられていない。
上記検出体は、例えば、上記駆動軸に取着され、駆動軸とともに回転可能であることができる。また、この検出体の材質は強磁性体（例えば、鉄等）であればよい。また、この検出体は、例えば、円盤状に形成され、且つ、その外周側に磁束変化を生じさせるための１又は２以上の縮径部または、突起部が形成されていることができる。
上記検出体は、例えば、上記電磁クラッチと上記可動部材との間に配置されていることができる。検出精度といった観点から、この検出体が、上記ハウジング部材としてのフロントハウジング内で上記電磁クラッチ寄りの位置に配置されていることが好ましい。

上記「検出手段」は、上記検出体による上記循環磁気回路Ａの磁束変化を検出して駆動軸の回転状態を検出するものである。この検出手段は、磁気インピーダンス素子を有する磁気センサで構成されている。

上記「磁気センサ」は、上記機体の外部側面側であり且つ上記締結具の近傍に設けられている限り、その形状、大きさ、個数等は特に問わない。この磁気センサの配設形態としては、例えば、（１）磁気センサが機体の外部側面に接触して設けられる形態、（２）磁気センサが機体の外部側面に形成された凹部に設けられる形態、（３）磁気センサが機体の外部側面から外方に離間して設けられる形態等を挙げることができる。また、上記磁気センサは、例えば、その感磁方向Ｐが機体の軸方向に沿うように配置されていたり（図１参照）、その感磁方向Ｐが機体の軸方向と直交する方向に沿うように配置されていたりすることができる（図４参照）。
上記磁気センサは、例えば、上記締結具を介さずに上記検出体に対向する位置に配置されていることも可能であるが、請求項１記載の発明では、検出精度といった観点から、磁気センサが、上記締結具を介して上記検出体に対向する位置に配置している。
上記磁気センサと上記締結具との間隔は、例えば、２０ｍｍ以下であることができる（請求項２記載発明）。これにより、循環磁気回路の磁束変化をより検出し易くなる。上記間隔は、例えば、０ｍｍ以上とすることができる。
上記磁気センサは、例えば、上記検出体の径方向先端面が上記締結具を介して上記機体の外部側面へ対向する位置から機体の反電磁クラッチ側へ４０ｍｍ以内の距離に磁気センサの中心が位置するように配設されていることができる（請求項３記載発明）。これにより、循環磁気回路の磁束変化をより検出し易くなる。上記距離は、例えば、０ｍｍ以上とすることができる。

上記「磁気インピーダンス素子」は、外部磁界の変化によって高周波電流に対するインピーダンスが変化する現象（磁気インピーダンス効果）を利用した素子である限り、その材質、形状、大きさ等は特に問わない。この磁気インピーダンス素子としては、例えば、アモルファス磁性体からなるワイヤ、ニッケル鉄等の薄膜素子等を挙げることができる。
なお、上記磁気インピーダンス素子に、高周波電流を印加して外部磁界の変化により発生するインピーダンスの変化を電気信号に変換することで、磁気インピーダンス素子の出力が得られる。

上記「斜板」は、駆動軸と共動し得る限り、その材質、形状、移動形態等は特に問わない。この斜板は、通常、駆動軸に傾動自在に支持され、駆動軸の回転と共に駆動軸に対して傾動して上記可動部材を移動させる。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。
なお、本実施例では、本発明に係るコンプレッサとして、後述の斜板の傾きの変化により圧縮容量が変化する車両空調用の可変容量型コンプレッサを例示する。

（１）コンプレッサの構成
本実施例に係るコンプレッサ１は、図１に示すように、筒状でありアルミニウム製（非磁性体）のフロントハウジング３、シリンダブロック４及びリヤハウジング５（本発明に係る「ハウジング部材」として例示する。）からなる機体２を有している。このシリンダブロック４の前端にフロントハウジング３の後端を当接させ、且つ、シリンダブロック４の後端に弁板１２を介してリヤハウジング５の前端を当接させた状態で、鉄系金属製（強磁性体）の複数のボルト部材６（本発明に係る「締結具」として例示する。）のネジ部（図示せず）がリヤハウジング５に螺合されると共に、各ボルト部材６の頭部６ａがフロントハウジング３の外部端面に係止されることで、フロントハウジング３、シリンダブロック４及びリヤハウジング５は互いに一体的に結合されている。

上記フロントハウジング３内に形成されたクランク室３ａ内には、図示しないエンジンに電磁クラッチ７を介して連結される鉄系金属製（強磁性体）の駆動軸８が挿通されている。この駆動軸８は、シリンダブロック４及びフロントハウジング３内で軸受を介して回転自在に支持されている。この駆動軸８には、円盤状で鉄系金属製（強磁性体）の検出体９が固定されている。この検出体９は、電磁クラッチ７と後述のピストンとの間であり、且つ、フロントハウジング３内の電磁クラッチ７寄りの位置に配置されている。また、この検出体９の外周側には、後述する循環磁気回路に磁束変化を生じさせるために、円周方向に所定間隔（１８０度）の拡径部９ａ及び縮径部９ｂが形成されている（図３参照）。また、上記駆動軸８には、斜板１０が傾動自在に設けられ、この斜板１０は、回転する検出体９の案内部９ｃに案内されて所定角度範囲で傾動するようになっている。

上記シリンダブロック４に形成された複数のシリンダ室４ａ内には、ピストン１１（本発明に係る「可動部材」として例示する。）が機体２の軸方向に移動自在に支持されている。このピストン１１の前方側に形成された連結部１１ａには、上記斜板１０の外周端部が連結されている。従って、上記駆動軸８及び検出体９の回転によって、斜板１０が傾動されてピストン１１がシリンダ室４ａ内を往復動される。そして、このピストン１１の往復動によって、リヤハウジング５に形成された吸入室５ａからシリンダ室４ａ内に吸入された冷媒ガスが圧縮され、その圧縮ガスがリヤハウジング５に形成された吐出室５ｂに吐出される。

上記フロントハウジング３のボス部３ｂには、上記電磁クラッチ７が軸受を介して回転自在に支持されている。この電磁クラッチ７は、図示しないＶベルトを介してエンジン（本発明に係る「動力源」として例示する。）のクランクプーリに連結されるプーリ１３と、このプーリ１３の内周側に固定されるロータ１４と、このロータ１４に固定され且つ電磁コイル１５を内蔵するステータ１６と、このロータ１４の伝導摩擦面に対向配置される円盤状のアーマチュア１７と、このアーマチュア１７を駆動軸８に結合するハブ１８と、を備えて構成されている。

ここで、図２に示すように、上記電磁クラッチ７の電磁コイル１５からの漏れ磁束が、ステータ１６、プーリ１３、フロントハウジング３、ボルト部材６、検出体９及び駆動軸８に順次導通されて循環磁気回路Ａ（図中一点鎖線で示す。）が形成される。また、上記電磁クラッチ７の電磁コイル１５からの漏れ磁束が、ステータ１６、ボルト部材６、検出体９及び駆動軸８に順次導通されて循環磁気回路Ｂ（図中点線で示す。）が形成される。

上記フロントハウジング３の外部側面であり且つボルト部材６の近傍には、上記循環磁気回路Ａの磁束変化を検出可能な磁気センサ２０（本発明に係る「検出手段」として例示する。）が設けられている。この磁気センサ２０は、アモルファス磁性体ワイヤからなる磁気インピーダンス素子（図示せず）を有している。また、この磁気センサ２０は、上記ボルト部材６を介して上記検出体９に対向する位置に配置されている。この磁気センサ２０とボルト部材６との間隔は、２０ｍｍ以下（例えば、１０ｍｍ）となっている。また、この磁気センサ２０は、検出体９の径方向先端面からボルト部材６を介してフロントハウジング３の外部側面へ対向する位置から機体２の反電磁クラッチ側へ４０ｍｍ以内（例えば、２０ｍｍ）の位置に磁気センサ２０の中心が配置される。また、この磁気センサ２０は、その感磁方向Ｐが機体２の軸方向に沿うように配置されている。

（２）コンプレッサの作用
次に、上記構成のコンプレッサ１の作用について説明する。
電磁クラッチ７内部の電磁コイル１５に電圧が印加されると、磁場が発生してプーリ１３とハブ１８とが結合される。そして、ハブ１８と駆動軸８及び検出体９とは接合されているため、エンジンの動力がプーリ１３に伝達され、プーリ１３、駆動軸８及び検出体９は同時に回転する。すると、検出体９の回転により斜板１０が傾動してピストン１１がシリンダ室４ａ内を往復動して、リヤハウジング５の吸入室５ａからシリンダ室４ａ内に吸入された冷媒ガスが圧縮され、その圧縮ガスがリヤハウジング５の吐出室５ｂに吐出される。

このとき、電磁クラッチ７から発生する磁場（磁束）により、循環磁気回路Ａ，Ｂ（図２参照）が形成される。そして、検出体９は１回転中の径が違うため（図３参照）、この検出体９が回転すると、ボルト部材６と検出体９との間の隙間（エアギャップ）が変化して循環磁気回路Ａ，Ｂの磁場が変化する。これらのうち循環磁気回路Ａの磁場変化を検出している磁気センサ２０の出力電圧が変化し、それをもとにしてコンプレッサ１の回転状態が検出される。

（３）実施例の効果
以上より、本実施例では、機体２を形成するフロントハウジング３の外部側面であり且つボルト部材６の近傍に、磁気インピーダンス素子を有する磁気センサ２０を設けてコンプレッサ１を構成したので、電磁クラッチ７からの漏れ磁束が、ステータ１６、プーリ１３、フロントハウジング３、ボルト部材６、検出体９及び駆動軸８に順次導通されて循環磁気回路Ａが形成され、磁気センサ２０によって、その循環磁気回路Ａの磁束変化をフロントハウジング３の外部側面から検出してコンプレッサ１の回転状態が検出される。これにより、コンプレッサ１の機体２に穴あけ加工を施す必要がない。その結果、従来のように、機体に穴あけ加工を施したものに比べて、コンプレッサの生産コストを抑制できる。また、Ｏリングによるシール構造を必要とせず、さらに生産コストを抑制できる。さらに、磁気センサに付着した異物がコンプレッサ内部へ侵入して焼付け等を発生させることがない。また、従来のように、ボルト部材の頭部又は頭部と対向する電磁クラッチのステータ側に検出手段を設けたものに比べ、電磁クラッチ７とフロントハウジング３の前端面との間にセンサ取付け用スペースを設ける必要がないので、コンプレッサの機体軸方向の全長を短くすることができる。さらに、従来のように、検出体に磁束発生源（永久磁石）を設けるものに比べて、磁束発生源を必要としないので、生産コストをさらに抑制することができる。また、磁束発生源が検出体から脱落して焼付き等を発生させることがない。
また、本実施例では、検出体９が、電磁クラッチ７とピストン１１との間に配置されており、磁気センサ２０が、ボルト部材６を介して検出体９に対向する位置に配置されているので、磁気センサ２０が循環磁気回路Ａにより近くなり、この循環磁気回路Ａの磁気変化を極めて精度良く検出することができる。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、上記実施例では、磁気センサ２０を、その感磁方向Ｐがコンプレッサ１の機体２の軸方向を向くように配置したが、これに限定されず、例えば、図４に示すように、磁気センサ２０’を、その感磁方向Ｐがコンプレッサ１の機体２の軸方向と略直交する方向を向くように、または、所定角度を有するように配置してもよい。
また、上記実施例では、一対の拡径部９ａ及び縮径部９ｂを有する検出体９を例示したが、これに限定されず、例えば、検出体９の外周側に円周方向に沿って所定間隔で複数の凹部（縮径部）を形成するようにしてもよい。

車両用のコンプレッサとして利用される。特に、車両空調用のコンプレッサとして好適に利用される。

本実施例に係るコンプレッサを示す断面図である。図１の要部拡大図である。検出体を示す正面図である。磁気センサの他の配置形態を説明するための説明図である。従来のコンプレッサを示す断面図である。

符号の説明

１；コンプレッサ、２；機体、３；フロントハウジング、４；シリンダブロック、５；リヤハウジング、６；ボルト部材、７；電磁クラッチ、８；駆動軸、９；検出体、１１；ピストン、２０；磁気センサ。

Claims

機体を形成する複数のハウジング部材と、該複数のハウジング部材を結合する締結具と、該機体の一端側に設けられる電磁クラッチと、該機体に挿通され且つ該電磁クラッチを介して動力源に連結される駆動軸と、該駆動軸と共動して流体の圧縮を行う可動部材と、該駆動軸と共動する検出体と、該検出体により該駆動軸の回転状態を検出する検出手段と、を備えるコンプレッサにおいて、
前記検出体及び前記駆動軸は強磁性体からなり、前記電磁クラッチからの漏れ磁束を、該電磁クラッチを構成するステータ及びプーリを介して前記機体の外部側面側から前記締結具、該検出体及び該駆動軸を順次導通させて循環磁気経路を形成し、前記検出手段は、磁気インピーダンス素子を有する磁気センサで構成されており、該磁気センサは、前記循環磁気経路の磁束変化を検出し得るように、前記機体の外部側面側であり且つ前記締結具の近傍であり更に該締結具を介して前記検出体に対向する位置に設けられていることを特徴とするコンプレッサ。
前記検出体が、前記電磁クラッチと前記可動部材との間に配置されており、前記磁気センサと前記締結具との間隔は２０ｍｍ以下である請求項１記載のコンプレッサ。
前記磁気センサは、前記検出体の径方向先端面が前記締結具を介して前記機体の外部側面へ対向する位置から該機体の反電磁クラッチ側へ４０ｍｍ以内の位置に該磁気センサの中心が位置するように配設されている請求項１又は２に記載のコンプレッサ。
前記締結具と前記磁気センサが配置された部分の前記機体の外部側面側との間の空間における前記駆動軸と直交する方向の長さは、前記磁気センサが配置された部分の前記機体の外部側面側における前記駆動軸と直交する方向の長さより小さい請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンプレッサ。