JP4793286B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機部を電動モータで駆動する電動圧縮機に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示された電動圧縮機がある。この電動圧縮機は、ハウジング内に、電動モータと電動モータに駆動されて吸入した冷媒を圧縮吐出する圧縮機構とが直列的に配置され、圧縮機構には電動モータ内を通して吸入冷媒が供給されるようになっている。

外部から電動モータへの給電端子は、ハウジングの電動モータ側に設けられており、給電端子に外部リード線を接続した後、接続部分を充填材で密封している。これにより、給電端子部がハウジング内を流れる吸入冷媒で冷却されて結露水を生成したとしても、短絡を防止できるようになっている。
特開２００２−３６４５４２号公報

しかしながら、上記従来技術の電動圧縮機では、給電端子部を密閉防水構造とするため、構造や製造工程が複雑になるという問題がある。

この問題点に対し、本発明者らは、圧縮機構が吐出冷媒とともに吐出する冷凍機油の持つ熱量に着目し、この熱量を利用すれば給電端子における結露水の生成自体を抑制することが可能であることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、給電端子における結露水の生成を抑制することが可能な電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
ハウジング（１１０）と、
ハウジング（１１０）内に設けられ、回転軸線（１２０ａ）を中心に回転駆動する電動のモータ部（１２０）と、
ハウジング（１１０）に設けられ、モータ部（１２０）にハウジング（１１０）の外部から給電するための給電端子（１８０）と、
ハウジング（１１０）内に設けられ、モータ部（１２０）に駆動されて、吸入した冷媒を圧縮吐出する圧縮機部（１３０）と、
ハウジング（１１０）内に設けられ、圧縮機部（１３０）が圧縮吐出した冷媒から分離した冷凍機油を貯留する貯油室（１６０）を内部に形成する容器体（１６１）とを備え、
ハウジング（１１０）の内面に加わる圧力が、圧縮機部（１３０）の吐出冷媒の圧力より低い電動圧縮機であって、
給電端子（１８０）は、ハウジング（１１０）のうち、回転軸線（１２０ａ）方向において圧縮機部（１３０）よりも容器体（１６１）を設けた側の部位に配設されていることを特徴としている。

これによると、電動圧縮機が駆動しているときには、圧縮機部（１３０）から冷媒とともに吐出され、冷媒から分離された高温高圧の冷凍機油が容器体（１６１）内の貯油室（１６０）に貯留される。したがって、ハウジング（１１０）のうちモータ部（１２０）回転軸線（１２０ａ）方向において圧縮機部（１３０）よりも容器体（１６１）を設けた側の部位に配設した給電端子（１８０）を、高温の冷凍機油を内部に貯留する容器体（１６１）から受熱させて、外気温より高温にすることが可能である。このようにして、給電端子（１８０）における結露水の生成を抑制することができる。

また、請求項２に記載の発明では、給電端子（１８０）は、ハウジング（１１０）のモータ部（１２０）回転軸線（１２０ａ）方向側の面（１１０ａ）に配設されていることを特徴としている。

これによると、ハウジング（１１０）のモータ部（１２０）回転軸線（１２０ａ）に沿った面に配設する場合よりも、給電端子（１８０）を設けることが容易である。

また、請求項３に記載の発明では、ハウジング（１１０）は、内面に加わる圧力が、圧縮機部（１３０）の吸入冷媒の圧力と同一圧力であることを特徴としている。

これによると、ハウジング（１１０）内の冷媒により給電端子（１８０）が特に冷却され易い。このような電動圧縮機において、高温の冷凍機油を内部に貯留する容器体（１６１）から受熱させて給電端子（１８０）を比較的高温とし、給電端子（１８０）における結露水の生成を抑制することができる効果は大きい。

また、請求項４に記載の発明では、冷媒は二酸化炭素であり、圧縮機部（１３０）が冷媒を臨界圧以上に圧縮して吐出することを特徴としている。

圧縮機部（１３０）が二酸化炭素冷媒を臨界圧以上にまで圧縮する電動圧縮機では、圧縮機部（１３０）から冷媒とともに吐出される冷凍機油の温度は極めて高温となり易い。したがって、冷媒から分離した冷凍機油を内部に貯留する容器体（１６１）から受熱させて、給電端子（１８０）を容易に高温にすることができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、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一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した一実施形態における電動圧縮機１００の概略構造を示す縦断面図である。

図１に示すように、電動圧縮機１００は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒（作動流体）とする冷凍サイクル装置（図示せず）に適用されるもので、内部に組み込まれたモータ部１２０によって圧縮機部１３０が駆動され、臨界圧を超える圧力にまで冷媒を圧縮して吐出する圧縮機としている。

本実施形態の電動圧縮機１００は、図１に示す姿勢で載置されるものであり、回転駆動するモータ部１２０の回転軸線１２０ａの延びる方向（図示Ｘ方向）が水平方向となるようになっている、所謂横置き型の電動圧縮機である。

ただし、回転軸線１２０ａ方向は厳密に水平方向である必要はなく、電動圧縮機１００の内部を流通する流体が、重力の影響を受けた挙動をするときに、実質的に同一の挙動をするものであれば、水平方向から若干傾斜していてもかまわない。すなわち、回転軸線１２０ａの延設方向は、実質的に水平方向であればよい。

モータ部１２０および圧縮機部１３０は、フロントハウジング１１１、ミドルハウジング１１２、エンドハウジング１１３が互いに接合されて形成される密閉容器としてのハウジング１１０内に収容されている。

本例では、フロントハウジング１１１、ミドルハウジング１１２、およびエンドハウジング１１３は、いずれも鉄製であり、ミドルハウジング１１２は、円筒形状に形成され、フロントハウジング１１１およびエンドハウジング１１３は、いずれもキャップ状（浅い有底円筒状）に形成されている。そして、フロントハウジング１１１およびエンドハウジング１１３が、ミドルハウジング１１２の両側開口端を閉塞するように溶接されている。

なお、ミドルハウジング１１２の上面側には、冷媒が吸入される吸入口１１２ａおよび冷媒が吐出される吐出口１１２ｂが設けられている。

ハウジング１１０内のモータ室１２３等の空間は、吸入口１１２ａから吸入された冷媒が導入される吸入室１４１と図示しない連通路により連通しており、ハウジング１１０の内面には、吸入冷媒圧力（圧縮前の冷媒圧力、低圧側圧力）と実質的に同等の圧力が印加されるようになっている。

すなわち、本実施形態の電動圧縮機１００は、ハウジング１１０の内面に圧縮吐出冷媒圧力より低い圧力が印加される、所謂低圧シェルタイプの電動圧縮機である。

ミドルハウジング１１２内のエンドハウジング１１３側および中間部には、それぞれ図示しない軸受けが固定される支持板１１４およびフレーム１１５が設けられており、図示しない軸受けを介して駆動シャフト１３１が回転可能に支持されている。

モータ部１２０は、ミドルハウジング１１２内に形成されるモータ室１２３に収容されるロータ部１２１とステータ部１２２とからなる。

ロータ部１２１は、駆動シャフト１３１に固定されており、ステータ部１２２はロータ部１２１の外周側でミドルハウジング１１２の内周面に圧入によって固定されている。そして、図示しない外部電源からの電力が、給電端子であるターミナル１８０を介してステータ部１２２に供給されると、ロータ部１２１の回転に伴って駆動シャフト１３１が回転駆動されるようになっている。

圧縮機部１３０は、内部部材としての可動スクロール１３５と固定スクロール１３６とを有する周知のスクロール式圧縮機をなすものである。固定スクロール１３６は、ミドルハウジング１１２内の反モータ部側に固定されており、この固定スクロール１３６に噛み合うように可動部材としての可動スクロール１３５が配設されている。

可動スクロール１３５の反固定スクロール側には駆動シャフト１３１の先端部に設けられた偏心部１３１ａが図示しない軸受けを介して挿入されている。そして、可動スクロール１３５は、図示しない自転防止機構によって駆動シャフト１３１の回転駆動に伴い固定スクロール１３６に対して公転するようになっている。

両スクロール１３５、１３６間の外周側には吸入室１４１が形成され、中心側に向けて圧縮室１４２が形成されている。

また、固定スクロール１３６には、圧縮室１４２で圧縮された冷媒を吐出室１４３に吐出するための吐出ポート１３６ａが形成されている。吐出ポート１３６ａは固定スクロール１３６の中心部に設けられた孔として形成されており、吐出室１４３は、固定スクロール１３６の図示右方側（フロントハウジング１１１側、反モータ部側）に形成されている。

そして、ハウジング１１０内の吐出室１４３から吐出口１１２ｂに至る冷媒流通経路には、オイルセパレータ１５０が設けられている。

オイルセパレータ１５０は、圧縮機部１３０の吐出側で冷媒中に含まれる冷凍機油（潤滑油）を分離する遠心分離式の潤滑油分離器であり、分離パイプ１５１、分離筒１５２、導入通路１５３、排出孔１５４からなる。

分離パイプ１５１は、外径寸法が２段に設定されたパイプ部材である。分離筒１５２は上下方向に延びる円柱形状の空間を形成するものであり、分離パイプ１５１の外径の大きい側は、分離筒１５２の上側に圧入固定されている。

これにより、分離パイプ１５１の外径の小さい側は、分離筒１５２の中心軸上を下方に向けて延び、下端を分離筒１５２の中心軸上に開口している。そして、分離パイプ１５１の上端開口は、吐出口１１２ａに連通している。

導入通路１５３は、吐出室１４３からの冷媒を、分離筒１５２内周面の接線方向から分離筒１５２上部に導入するように形成されている。また、分離筒１５２の下側には容器体１６１内部に形成される貯油室１６０に連通する排出孔１５４が設けられている。

この構成により、分離筒１５２内で遠心分離された冷凍機油は排出孔１５４から落下して貯油室１６０に導入され、冷媒は分離パイプ１５１内を介して吐出口１１２ａに送られるようになっている。

貯油室１６０は、上記オイルセパレータ１５０によって冷媒中から分離された冷凍機油を溜めるものである。貯油室１６０内は、吐出室１４３から導入通路１５３、分離筒１５２、排出孔１５４を経て冷媒の吐出圧力（高圧側圧力）が付加されるため、冷媒吐出圧と実質的に同圧となる高圧室である。また、内部に貯油室１６０を形成する容器体１６１は高圧容器体である。

吐出圧力が印加される貯油室１６０に貯留された冷凍機油は、圧縮機部１３０の吸入側圧力（圧縮前の冷媒圧力）との差圧や、吸入側圧力と吐出側圧力との中間圧力との差圧により、図示しない還流通路を介して、圧縮機部１３０の摺動部や前述した図示しない軸受部に供給されるようになっている。

図示しない外部電源（ハウジング１１０の外部の電源）からの電力をモータ部１２０のステータ部１２２に給電するためのターミナル１８０は、フロントハウジング１１１のほぼ中央部においてフロントハウジング１１１を貫通するように配設されている。すなわち、ターミナル１８０は、ハウジング１１０のモータ部回転軸線１２０ａ方向側の面である端面１１０ａに配設されている。

そして、ターミナル１８０とフロントハウジング１１１との間は、ハーメチックシール１８１により封止されている。

前述した貯油室１６０を内部に形成する容器体１６１は、ターミナル１８０よりも下方側に配設されており、図示右方側の端面１６１ｂは、キャップ形状をなすフロントハウジング１１１の図示左方側の周状の端面１１１ａより図示右方側にある。すなわち、容器体１６１は、貯油容積を確保するために圧縮機部１３０側から図示右方側に延びて、キャップ形状をなすフロントハウジング１１１の内側にまで突出している。

一方、フロントハウジング１１１に貫通配置されたターミナル１８０の内側の端部１８０ａは、容器体１６１の端面１６１ｂよりも図示左方側にある。すなわち、ターミナル１８０と容器体１６１とは、図示Ｘ方向（回転軸線１２０ａの延びる方向）において一部が重なるように（ラップするように）、上下方向に相互に近接して配設されている。

さらに換言すれば、ターミナル１８０と容器体１６１とは、回転軸線１２０ａが延びる方向においていずれも圧縮機部１３０より図示右方側（反モータ部側）にあり、回転軸線１２０ａが延びる方向における位置が互いに重なるとともに、互いが上下方向に並ぶように隣接配置されている。

上記構成の電動圧縮機１００の作動を簡単に説明する。

電動圧縮機１００はターミナル１８０を介してモータ部１２０に給電されると、モータ部１２０の駆動によって可動スクロール１３５が公転作動され、吸入口１１２ａから吸入室１４１に流入する冷媒を圧縮室１４２で圧縮する。そして、圧縮室１４２で圧縮された冷媒が所定の吐出圧力に達すると、冷媒は吐出ポート１３６ａから吐出室１４３に吐出される。

例えば、−３０℃〜５０℃の吸入冷媒が圧縮室１４２で圧縮され、７０℃〜１５０℃の外気温より温度が高い高温冷媒となって吐出される。

さらに、冷媒は吐出室１４３からオイルセパレータ１５０の導入通路１５３を介して分離筒１５２内に流入する。この時冷媒は分離パイプ１５１と分離筒１５２との間で旋回しながら下方に流れ、比重の小さい冷媒は分離パイプ１５１内に流入し、吐出口１１２ａから流出する。

一方、冷媒中の比重の大きい冷凍機油は遠心力によって分離筒１５２の内周壁側に分離され、重力によって下降し、排出孔１５４からオイルセパレータ１５０下方側の貯油室１６０に貯留される。

そして、貯油室１６０に貯留された冷凍機油は、貯油室１６０と吸入室１４１等との圧力差によって還流され、圧縮機部１３０等の潤滑を行う。

圧縮機部１３０から冷媒とともに吐出され高温の冷媒から分離された高温高圧の冷凍機油が、還流されるまでの間、常に容器体１６１内の貯油室１６０に貯留される。これにより、容器体１６１も高温となり、容器体１６１から放射や対流等により熱が発せられる（放熱される）。そして、容器体１６１の上方側に近接配置されたターミナル１８０は、容器体１６１からの熱を受け外気温以上にまで容易に温度上昇する。

上述の電動圧縮機１００の構成および作動によれば、給電端子１８０は、ハウジング１１０のうち、回転軸線１２０ａ方向において圧縮機部１３０に対し容器体１６１を設けた側に設けられ、容器体１６１の上方に隣接配置されている。したがって、貯油室１６０内に貯留される高温の冷凍機油の熱によりターミナル１８０を容易に外気温以上にまで加温することができ、ターミナル１８０における結露水の生成を抑制することができる。

本実施形態の電動圧縮機１００は低圧シェルタイプであり、ハウジング１１０の内面に加わる圧力は、圧縮機部１３０の吸入冷媒圧力とほぼ同等である。低圧シェルタイプの電動圧縮機１００では、ハウジング１１０内の低圧冷媒によりターミナル１８０が冷却され易い。このような電動圧縮機１００において、貯油室１６０に貯留される高温の冷凍機油の熱を利用してからターミナル１８０を加温し結露水の生成を抑制することができる効果は極めて大きい。

また、電動圧縮機１００が圧縮する冷媒は二酸化炭素であり、圧縮機部１３０が冷媒を臨界圧以上に圧縮して吐出している。したがって、圧縮機部１３０から冷媒とともに吐出される冷凍機油の温度も高温となり易く、冷媒から分離した冷凍機油を内部に貯留する容器体１６１から受熱させて、ターミナル１８０を容易に加温することができる。

また、ターミナル１８０と容器体１６１とは、回転軸線１２０ａ方向（図示Ｘ方向）における位置が互いに重なるとともに、径方向となる上下に並設されているので、ターミナル１８０が容器体１６１から受熱し易いばかりでなく、ターミナル１８０と容器体１６１とを回転軸線１２０ａ方向に並ぶように設けた場合よりも、回転軸線１２０ａ方向の体格を小型化することができる。

特に、本実施形態の電動圧縮機１００は横置きタイプであり、容器体１６１はオイルセパレータ１５０より下方側に配置する必要があるため、貯油容量の確保を目的として、容器体１６１はハウジング１１０の下方部において回転軸線１２０ａ方向に比較的長い形状をなしている。これに対し、ターミナル１８０を容器体１６１の上方に隣接配置することで、容器体１６１から放射および対流等により受熱し易く、回転軸線１２０ａ方向の体格の拡大も抑止している。

また、ハウジング１１０は、フロントハウジング１１１、ミドルハウジング１１２、エンドハウジング１１３の３部材に分割形成し（別体として形成し）、相互に接合している。そして、ターミナル１８０はハウジング１１０の端面１１０ａを形成するフロントハウジング１１１にハーメチックシール１８１を介して装着されている。これにより、ハウジング１１０内部の構成を組み付け易いばかりでなく、ハウジング１１０にターミナル１８０を挿設する加工も容易に行うことができる。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、ターミナル１８０と容器体１６１とは、回転軸線１２０ａの延びる方向において一部が重なるように、上下方向に相互に近接して配設されていたが、ターミナル１８０と容器体１６１とは、回転軸線１２０ａ方向においてラップしないものであってもよい。例えば、図２に示すように、ターミナル１８０と容器体１６１Ａとを、回転軸線１２０ａ方向に近接配置するものであってもよい。

また、ターミナル１８０は、ハウジング１１０の端面１１０ａに配設されるものに限定されるものではない。例えば、ターミナル１８０は、図１および図２に示す、ハウジング１１０のうち圧縮機部１３０より図示右方側となるＦ領域のいずれかの部位に配設するものであればよい。すなわち、ターミナル１８０は、ハウジング１１０のうち、回転軸線１２０ａ方向において圧縮機部１３０よりも容器体１６１、１６１Ａを設けた側の部位に配設するものであればよい。これによれば、高温の冷凍機油を内部に貯留する容器体から受熱させて、ターミナルを加温することができる。

また、上記一実施形態では、電動圧縮機１００は、ハウジング１１０内の空間が吸入室１４１と図示しない連通路により連通しており、連通路を介してハウジング１１０の内面には吸入冷媒圧力と実質的に同等の圧力が印加されるようになっていたが、ハウジング内を吸入冷媒が流通しモータ部等を吸入冷媒により冷却する電動圧縮機であってもよい。ハウジング内を吸入冷媒が流通するタイプの電動圧縮機の方が、ターミナルが冷却されやすく、本発明を適用する効果は特に大きい。

また、上記一実施形態では、モータ部１２０の回転軸線１２０ａ方向を実質的に水平方向とした横置きタイプの電動圧縮機１００について説明したが、回転軸線方向は水平方向に限定されるものではない。例えば、回転軸線１２０ａ方向が実質的に垂直となる所謂縦置きタイプの電動圧縮機であっても、本発明を適用して有効である。

また、上記一実施形態では、ハウジング１１０の内面に圧縮機部１３０の吸入冷媒圧力と実質的に同等の圧力が印加される、所謂低圧シェルタイプの電動圧縮機について説明したが、ハウジング１１０内面への印加圧力は吸入冷媒圧力とほぼ同等圧力に限定されるものではなく、吐出冷媒圧力より低い圧力であればよい。ハウジング１１０内面への印加圧力が、吸入冷媒圧力より高いものの吐出冷媒圧力より低い中間圧力であってもかまわない。

また、上記一実施形態では、容器体１６１は、ハウジング１１０に対して別体として形成され、ハウジング１１０の内面から離設されていたが、容器体はハウジングに対し別体形成されハウジング内面に接するように配設されていたり、容器体がハウジング内面側に一体成形されていたりするものであってもよい。

また、上記一実施形態では、圧縮機部１３０は、スクロール式圧縮機構であったが、これに限定されるものではなく、例えばベーン式の圧縮機構であってもよい。

また、上記一実施形態では、オイルセパレータ１５０は、遠心分離式の潤滑油分離器であったが、これに限定されるものではない。例えば、衝突型の分離機であってもよいし、容積落下型の分離機であってもよい。

また、上記一実施形態では、冷媒は二酸化炭素であり圧縮機部１３０で超臨界圧まで圧縮加圧するものであったが、これに限定されるものではない。圧縮後の圧力が臨界圧以下であってもよいし、冷媒にフロン等を用いるものであってもよい。

本発明を適用した一実施形態における電動圧縮機１００の概略構造を示す縦断面図である。 他の実施形態における電動圧縮機１００Ａの概略構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１００、１００Ａ 電動圧縮機
１１０ ハウジング
１１０ａ 端面（回転軸線方向側の面）
１１１ フロントハウジング（ハウジングの一部）
１１２ ミドルハウジング（ハウジングの一部）
１１３ エンドハウジング（ハウジングの一部）
１２０ モータ部
１２０ａ 回転軸線
１３０ 圧縮機部
１６０ 貯油室
１６１、１６１Ａ 容器体
１８０ ターミナル（給電端子）

Claims (4)

1. ハウジング（１１０）と、
   前記ハウジング（１１０）内に設けられ、回転軸線（１２０ａ）を中心に回転駆動する電動のモータ部（１２０）と、
   前記ハウジング（１１０）に設けられ、前記モータ部（１２０）に前記ハウジング（１１０）の外部から給電するための給電端子（１８０）と、
   前記ハウジング（１１０）内に設けられ、前記モータ部（１２０）に駆動されて、吸入した冷媒を圧縮吐出する圧縮機部（１３０）と、
   前記ハウジング（１１０）内に設けられ、前記圧縮機部（１３０）が圧縮吐出した冷媒から分離した冷凍機油を貯留する貯油室（１６０）を内部に形成する容器体（１６１）とを備え、
   前記ハウジング（１１０）の内面に加わる圧力が、前記圧縮機部（１３０）の吐出冷媒圧力より低い電動圧縮機であって、
   前記給電端子（１８０）は、前記ハウジング（１１０）のうち、前記回転軸線（１２０ａ）方向において前記圧縮機部（１３０）よりも前記容器体（１６１）を設けた側の部位に配設されていることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記給電端子（１８０）は、前記ハウジング（１１０）の前記回転軸線（１２０ａ）方向側の面（１１０ａ）に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記ハウジング（１１０）は、内面に加わる圧力が、前記圧縮機部（１３０）の吸入冷媒の圧力と同一圧力であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動圧縮機。
4. 前記冷媒は二酸化炭素であり、前記圧縮機部（１３０）が前記冷媒を臨界圧以上に圧縮して吐出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電動圧縮機。

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