WO2015115062A1 - 圧縮機の取付構造 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a compressor mounting structure when the compressor is mounted on a mounting target member.
- Patent Document 1 discloses an electric compressor when an electric compressor that compresses and discharges a refrigerant by a refrigeration cycle apparatus is attached to an internal combustion engine (engine) that outputs a driving force for vehicle travel in a hybrid vehicle.
- An attachment structure is disclosed.
- the electric motor of the electric compressor is positioned closer to the center of gravity of the engine than the compression mechanism, and the crankshaft of the engine and the central axis of the electric compressor are parallel to each other. ing. Thereby, it is going to suppress the excitation force which an electric motor receives from an engine.
- vibration components that are likely to generate noise on the mounting surface are perpendicular to the mounting surface. It is a vibration component. Further, in the compressor, when viewed from the axial direction of the rotation center axis, the radial vibration component is not uniform, and the radial vibration component is likely to be distributed.
- This indication aims at providing the attachment structure of the compressor which can control the noise which arises by the vibration of the attachment surface of the attachment object member in view of the above-mentioned point.
- the compressor that compresses and discharges the fluid is mounted on the mounting surface of the mounting target member.
- the compressor has a housing fixed to the mounting surface, a fixed scroll having a spiral fixed side tooth portion fixed to the housing, and a spiral movable side tooth portion meshing with the fixed side tooth portion. And a movable scroll that revolves with respect to a fixed scroll.
- the central axis when the movable scroll revolves is parallel to the mounting surface.
- Scroll type compressors used as compressors tend to have a distribution of radial vibration components. Therefore, in the compressor mounting structure according to the first aspect of the present disclosure, the vibration direction in which the vibration component is maximum in the radial direction of the compressor is shifted from the normal direction of the mounting surface. Therefore, it is possible to suppress a vibration component that easily generates noise on the mounting surface from being transmitted to the mounting surface.
- the mounting surface is a surface on which the compressor is mounted and can generate noise due to vibration of the compressor. Therefore, the mounting surface is not limited to a flat surface and may be a curved surface or a curved surface. For example, it may be a curved surface formed in an arc shape when viewed from the axial direction of the central axis.
- a surface excluding the portion may be used as the attachment surface.
- a virtual surface obtained by smoothing the irregularities may be used as the attachment surface.
- the involute curve drawn by the center portion of the inner peripheral wall surface and the outer peripheral wall surface of the fixed side tooth portion is defined as a reference involute curve.
- the first point is a straight line that passes through the center point and the connection point between the base circle and the reference involute curve, and extends in the normal direction of the mounting surface.
- the mounting angle is 65 ° ⁇ ⁇ ⁇ 155 ° and 245 ° ⁇ ⁇ ⁇ 335 ° may be set to be satisfied.
- the noise generated on the mounting surface can be effectively reduced regardless of the number of turns and pressure conditions of the fixed scroll and the movable scroll.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the attachment angle of the compressor of one Embodiment. It is a graph which shows the relationship between the attachment angle and load amplitude of the compressor of one Embodiment. It is explanatory drawing for demonstrating the attachment surface in other embodiment. It is explanatory drawing for demonstrating another attachment surface in other embodiment.
- the compressor mounting structure includes a compressor 1 that compresses and discharges a refrigerant, which is a fluid, in a vehicle refrigeration cycle apparatus.
- a compressor 1 that compresses and discharges a refrigerant, which is a fluid, in a vehicle refrigeration cycle apparatus.
- the attachment object member which attaches the compressor 1 is engine EG.
- the refrigeration cycle apparatus includes a radiator, an expansion valve, an evaporator, and a compressor 1 that are connected in an annular shape.
- the radiator radiates the high-temperature refrigerant discharged from the compressor 1.
- the expansion valve depressurizes the refrigerant that has flowed out of the radiator.
- the evaporator evaporates the low-pressure refrigerant decompressed by the expansion valve.
- the refrigeration cycle apparatus adjusts the temperature of air blown into the passenger compartment in the vehicle air conditioner.
- the hybrid vehicle is a vehicle that obtains driving force for traveling from both the engine EG and the traveling electric motor.
- the engine EG is operated or stopped in accordance with the traveling load of the vehicle to obtain a driving force from both the engine EG and the traveling electric motor, or the traveling electric motor is stopped.
- the driving state where the driving force is obtained only from the vehicle is switched. Thereby, vehicle fuel consumption can be improved.
- the compressor 1 has a housing 10 in which a fixing portion 11a to the engine EG is formed.
- the housing 10 accommodates therein a scroll compression mechanism 20, an electric motor 30, a shaft 25, and the like. That is, the compressor 1 is an electric scroll type compressor.
- the scroll type compression mechanism 20 is simply referred to as a compression mechanism 20.
- the electric motor 30 rotationally drives the compression mechanism 20.
- the shaft 25 is a drive shaft that transmits a rotational driving force from the electric motor 30 to the compression mechanism 20.
- the compressor 1 of this embodiment is a so-called horizontal type in which the rotation axis of the shaft 25 extends in the horizontal direction and the compression mechanism 20 and the electric motor 30 are arranged in the horizontal direction.
- the housing 10 has a sealed container structure configured by combining a plurality of metal members. More specifically, the housing 10 of this embodiment includes a front housing 11, a middle housing 12, and a rear housing 13.
- the front housing 11 is formed in a bottomed cylindrical shape (cup shape).
- the middle housing 12 is disposed inside the front housing 11 and defines an internal space of the housing 10.
- the rear housing 13 closes the opening side of the front housing 11.
- the front housing 11, the middle housing 12, and the rear housing 13 are integrated by a method such as press fitting or bolt fastening. Further, the front housing 11, the middle housing 12, and the rear housing 13 are connected to each other via a seal member made of an O-ring, a gasket, and the like. Therefore, the refrigerant does not leak from a connection portion where the front housing 11, the middle housing 12, and the rear housing 13 are connected to each other.
- a plurality of (four in the present embodiment) fixing portions 11 a fixed to the engine EG are formed on the outer peripheral wall surface of the front housing 11. These fixing portions 11a are formed in a column shape extending from the outer peripheral wall surface of the housing 10 toward the mounting surface Ef of the compressor 1 provided in the engine EG. Furthermore, a through hole 11b extending along the longitudinal direction of the fixed portion 11a is formed at the center of the fixed portion 11a.
- the compressor 1 is fixed to the engine EG by tightening the bolt B1 inserted into the through hole 11b into the bolt hole B2 arranged on the mounting surface Ef.
- the attachment surface Ef is a surface to which the compressor 1 is attached, and is a surface that can generate noise due to vibration of the compressor 1. Therefore, the attachment surface Ef is not limited to the surface with which the housing 10 of the compressor 1 is in contact.
- the surface excluding the projecting portion is the mounting surface Ef. It becomes. Furthermore, the mounting surface Ef of the present embodiment is a flat surface.
- a substantially cylindrical space is formed in the front housing 11, and an electric motor 30 is accommodated in the space as shown in FIG.
- the electric motor 30 includes a stator 31 that forms a stator and a rotor 32 that forms a rotor.
- the stator 31 is fixed to the inner peripheral side surface of the cylindrical portion of the front housing 11.
- the stator 31 has a stator core 31a made of a magnetic material, and a stator coil 31b wound around the stator core 31a.
- the stator 31 When electric power is supplied from the control device to the stator coil 31 b, the stator 31 generates a rotating magnetic field that rotates the rotor 32.
- the rotor 32 has a permanent magnet and is disposed on the inner side (inner peripheral side) of the stator 31. Furthermore, the rotor 32 is formed in a cylindrical shape extending in the rotation axis direction. A metal shaft 25 is fixed to the shaft center hole of the rotor 32 by press-fitting.
- the shaft 25 has a longer axial length than the rotor 32.
- An end of the shaft 25 on one end side in the axial direction is rotatably supported by a motor-side bearing 25a disposed at the center of the front housing 11 on the bottom surface side.
- the other axial end side (compression mechanism 20 side) of the shaft 25 is rotatably supported by a compression mechanism side bearing 25b disposed at a substantially central portion of the middle housing 12 formed in a substantially disc shape.
- the middle housing 12 divides the internal space of the housing 10 into a space in which the electric motor 30 is accommodated and a space in which the compression mechanism 20 is accommodated.
- the compression mechanism 20 includes a pair of scrolls.
- the pair of scrolls are a movable scroll 21 and a fixed scroll 22.
- Each of the movable scroll 21 and the fixed scroll 22 has a flat plate-like substrate portion and a spiral tooth portion protruding from the substrate portion in the axial direction of the shaft 25.
- the movable scroll 21 has a disk-shaped movable side substrate portion 21a and a movable side tooth portion 21b protruding from the movable side substrate portion 21a toward the fixed scroll 22 side.
- the fixed scroll 22 has a disk-shaped fixed side substrate portion 22a and a fixed side tooth portion 22b protruding from the fixed side substrate portion 22a toward the movable scroll 21 side.
- the fixed scroll 22 is fixed to the front housing 11 by pressing the outer peripheral side surface of the fixed side substrate portion 22a into the inner peripheral side surface of the cylindrical portion of the front housing 11.
- the fixed scroll 22 is fixed to the front housing 11 by the fixed side substrate portion 22 a being press-fitted inside the front housing 11.
- the movable scroll 21 is located in a space formed between the middle housing 12 and the fixed scroll 22.
- the plate surface of the movable side substrate portion 21a and the plate surface of the fixed side substrate portion 22a are opposed to each other, and the movable side tooth portion 21b and the fixed side tooth portion 22b are engaged with each other.
- the tip of the tooth portion of one scroll of the movable scroll 21 and the fixed scroll 22 is in contact with the substrate portion of the other scroll.
- the movable side tooth portion 21b and the fixed side tooth portion 22b come into contact with each other at a plurality of positions, and the movable side tooth portion 21b and the fixed side tooth portion 22b are viewed from the axial direction of the central axis CL of the shaft 25.
- a plurality of working chambers V formed in a crescent moon shape are formed. In FIGS. 2 and 3, for clarity of illustration, only one of the plurality of working chambers V is given a reference numeral, and the other working chambers are omitted.
- an eccentric portion 25c that is eccentric with respect to the central axis CL of the shaft 25 is formed at the end portion on the other axial end side (compression mechanism 20 side) of the shaft 25 described above.
- an eccentric portion bearing 25d that rotatably supports the eccentric portion 25c is fitted into the center portion of the surface of the movable side substrate portion 21a on the middle housing 12 side.
- a pin-hole type anti-rotation mechanism 26 is provided between the movable scroll 21 and the middle housing 12 to prevent the movable scroll 21 from rotating about the eccentric portion 25c. Accordingly, when the shaft 25 rotates, the movable scroll 21 revolves (turns) with respect to the fixed scroll 22 around the center axis CL of the shaft 25 without rotating around the eccentric portion 25c.
- the working chamber V described above is displaced from the outer peripheral side to the central side around the rotation axis while reducing the volume.
- a communication path (not shown) is formed.
- a discharge hole 22c for discharging the refrigerant compressed in the working chamber V is formed in the center portion of the fixed side substrate portion 22a of the fixed scroll 22.
- the discharge hole 22c communicates with the discharge chamber 13a into which the high-pressure refrigerant compressed in the working chamber V flows.
- a reed valve 27 is disposed in the discharge chamber 13a to prevent the refrigerant from flowing back from the discharge chamber 13a side to the working chamber V side through the discharge hole 22c.
- the discharge chamber 13 a is formed by a space between the fixed scroll 22 and the rear housing 13.
- the refrigerant outlet of the discharge chamber 13 a communicates with an oil separator 40 formed inside the rear housing 13.
- the oil separator 40 of the present embodiment is a centrifugal separation system that separates refrigerant and refrigerating machine oil by the action of centrifugal force.
- the refrigerating machine oil separated by the oil separator 40 is guided to the sliding portions of the compression mechanism 20 and the electric motor 30 through the oil passage 40a formed in the rear housing 13, the fixed scroll 22, the middle housing 12, and the like.
- the high-pressure refrigerant separated by the oil separator 40 is led to the discharge port 13b that is formed in the rear housing 13 and discharges the high-pressure refrigerant to the outside of the housing 10 (specifically, the refrigerant inlet side of the radiator).
- the mounting structure when the compressor 1 of the present embodiment is mounted on the mounting surface Ef of the engine EG will be described with reference to FIG.
- the central axis CL of the shaft 25 is parallel to the mounting surface Ef.
- the mounting angle ⁇ of the compressor 1 shown in FIG. 4 is set so as to satisfy either one of the following formulas F1 and F2.
- the mounting angle ⁇ of the compressor 1 is set to be approximately 110 °.
- the mounting angle ⁇ in the present embodiment is defined as follows.
- the involute curve drawn by the center portion of the inner peripheral wall surface and the outer peripheral wall surface of the fixed side tooth portion 22b is defined as a reference involute curve Iv0.
- the basic circle of the reference involute curve Iv0 is C0
- the center of the basic circle C0 is the center point O
- the straight line passing through the center point O and the connection point P0 of the basic circle C0 and the reference involute curve Iv0 is the first line L1.
- the suction port communicates with the working chamber V that is displaced to the outermost peripheral side and has the maximum volume, and the low-pressure refrigerant is sucked into the working chamber V from the outside. And the refrigerant
- the working chamber V is displaced toward the center and communicates with the discharge hole 22c.
- the reed valve 27 opens and the high pressure in the working chamber V is reached.
- the refrigerant flows into the discharge chamber 13a through the discharge hole 22c.
- the high-pressure refrigerant flowing out from the discharge chamber 13a is separated from the refrigerating machine oil by the oil separator 40 and discharged from the discharge port 13b.
- the refrigerant pressure in the working chamber V increases as the working chamber V is displaced from the outer peripheral side to the center side around the rotation axis. .
- the driving torque required for the electric motor 30 also increases.
- the driving torque required for the electric motor 30 also changes periodically. Such a periodic change in the driving torque causes the entire compressor 1 to vibrate.
- the radial vibration component is not uniform and is distributed in the radial vibration component. Is likely to occur.
- the vibration component that easily generates noise on the mounting surface Ef is a vibration component in the direction perpendicular to the mounting surface Ef.
- the radial vibration component that contributes most to the noise generated on the mounting surface Ef is a vibration component that is transmitted in a direction perpendicular to the mounting surface Ef.
- the direction in which the compressor 1 vibrates when the compressor 1 is operated does not coincide with the normal direction of the mounting surface Ef. It has been found that if the compressor 1 is installed, noise generated on the mounting surface Ef can be suppressed.
- the compressor 1 is mounted on the mounting surface Ef of the engine EG so that the mounting angle ⁇ satisfies one of the above formulas F1 and F2 (specifically, approximately 110 °). Is attached. Therefore, the vibration direction in which the vibration component is maximum in the radial direction of the compressor 1 can be shifted from the normal direction of the mounting surface Ef (corresponding to a direction perpendicular to the mounting surface Ef).
- the vibration direction in which the vibration component is maximum in the radial direction of the compressor 1 and the normal direction of the mounting surface Ef can be different (non-parallel).
- the mounting structure of the compressor 1 of the present embodiment it is possible to suppress a vibration component that easily generates noise on the mounting surface Ef from being transmitted from the compressor 1 to the mounting surface Ef. Noise generated by vibration can be suppressed.
- the load amplitude F of the vibration component in the direction perpendicular to the mounting surface Ef changes as shown in FIG. According to FIG. 5, when the mounting angle ⁇ is about 20 ° or about 200 °, the vibration direction in which the vibration component is maximum in the radial direction of the compressor 1 (the compressor 1 vibrates most greatly). Direction) and the normal direction of the mounting surface Ef coincide with each other, and the load amplitude F becomes maximum.
- the load amplitude F can be reduced by 5% or more by setting the mounting angle ⁇ so as to satisfy one of the formulas F1 and F2 as in the present embodiment. That is, noise generated by the vibration of the mounting surface Ef can be suppressed.
- the mounting angle ⁇ may be set so as to satisfy one of the following formulas F3 and F4.
- the assembly error of the mounting angle ⁇ may be within about 10% of the target value.
- it is desirable that the assembled value is within ⁇ 10 ° with respect to the target value 110 °.
- setting 110 ° as the target value and setting 290 ° as the target value are substantially the same. Therefore, when the target value is 290 °, it is desirable that the target value is assembled within ⁇ 10 °.
- the refrigerant in the working chamber V displaced toward the center is increased in pressure, and thus the vibration of the compressor 1 as a whole is generated. Therefore, it is difficult to be influenced by the refrigerant pressure in the working chamber V displaced to the outer peripheral side.
- the mounting angle ⁇ is determined based on the shape of the center side of the fixed scroll 22.
- the pressure condition is, for example, a pressure difference between the refrigerant pressure on the discharge port 13b side and the refrigerant pressure on the suction port side.
- the compressor 1 of the present embodiment is an electric compressor, and the compressor 1 is mounted on a hybrid vehicle. Therefore, the compressor 1 may operate when the engine EG is stopped. When the engine EG is stopped, no engine noise is generated. Therefore, when the compressor 1 is operated, the noise of the compressor 1 is likely to be annoying to the passenger. Therefore, when an electric compressor is used as the compressor 1, it is extremely effective to be able to suppress noise by applying the compressor mounting structure of the present embodiment.
- the compressor 1 and the engine EG are fixed by bolting in a state in which the compressor 1 and the engine EG are in direct contact without using a buffer member such as rubber. With such fixing, the vibration of the compressor 1 is easily transmitted to the mounting surface Ef side. Therefore, it is extremely effective to suppress noise by applying the compressor mounting structure of this embodiment.
- the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified as follows without departing from the spirit of the present disclosure.
- the compressor mounting structure according to the present disclosure is applied when the compressor 1 for the refrigeration cycle apparatus is mounted on the mounting surface Ef of the engine EG.
- the application of the present disclosure is not limited to this.
- the compressor 1 is not limited to the refrigeration cycle apparatus.
- the attachment target member is not limited to the engine EG, and may be, for example, a traveling electric motor that outputs a driving force for traveling in a hybrid vehicle.
- it is not limited to vehicles, and may be a dedicated mounting member set according to the application.
- the electric compressor is attached to the attachment target member (engine EG).
- the compressor is not limited to an electric type.
- an engine-driven compressor that obtains driving force from the engine may be used.
- the mounting surface Ef is a flat surface.
- the attachment surface Ef is a surface to which the compressor 1 is attached, and is a surface that can generate noise due to vibration of the compressor 1. Therefore, the attachment surface Ef is not limited to a flat surface, and may be a curved surface or a curved surface.
- the attachment surface Ef may be a curved surface having an arc shape when viewed from the axial direction of the central axis CL.
- the extending direction of the second line L2 is the normal direction of the mounting surface Ef.
- the normal direction of the mounting surface Ef corresponds to a direction perpendicular to the mounting surface Ef.
- the direction in which the second line L2 extends can be defined as the normal direction of the plane passing through the point closest to the compressor 1 among the curved mounting surfaces Ef.
- a virtual plane (a plane indicated by a two-dot chain line in FIG. 7) may be used as the attachment plane Ef. Also in this case, the extending direction of the second line L2 is the normal direction of the mounting surface Ef as shown in FIG.
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Abstract
回転中心軸の軸方向から見たときに、固定側歯部(22b)の内周壁面と外周壁面との中央部が描くインボリュート曲線を基準インボリュート曲線(Iv0)とし、基準インボリュート曲線の基礎円(C0)の中心点(O)と、基礎円および基準インボリュート曲線の接続点(P0)とを通過する直線を第1線(L1)とし、エンジン(EG)の取付面(Ef)の法線方向に延びて中心点を通過する直線を第2線(L2)とし、固定側歯部の中心から外周端へ向かう巻き方向における第1線から第2線へ至る角度を取付角(α)とした場合に、取付角が、65°≦α≦155°、および、245°≦α≦335°のいずれか一方を満たす。圧縮機の径方向のうち振動成分が最大となる振動方向と取付面の法線方向とがずれている。これにより、取付面に騒音を発生させやすい振動成分が、取付面に伝達されてしまうことを抑制して、取付面の振動によって生じる騒音を抑制する。
Description
本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、2014年1月29日に出願された日本特許出願2014-014098号を基にしている。
本開示は、圧縮機を取付対象部材に取り付ける際の圧縮機の取付構造に関する。
従来、特許文献1に、冷凍サイクル装置にて冷媒を圧縮して吐出する電動圧縮機を、ハイブリッド車両にて車両走行用の駆動力を出力する内燃機関(エンジン)に取り付ける際の電動圧縮機の取付構造が開示されている。
この特許文献1の電動圧縮機の取付構造では、電動圧縮機の電動モータが圧縮機構部よりもエンジンの重心側に位置するとともに、エンジンのクランク軸と電動圧縮機の中心軸とが平行になっている。これにより、電動モータがエンジンから受ける加振力を抑制しようとしている。
ところが、本開示の発明者らによる検討によれば、圧縮機が取り付けられる取付対象部材の取付面の振動のうち、取付面に騒音を発生させやすい振動成分は、取付面に対して垂直方向の振動成分である。さらに、圧縮機には、回転中心軸の軸方向から見たときに、径方向の振動成分が均一にならず、径方向の振動成分に分布が生じやすい。
例えば、特許文献1のように、圧縮機をハイブリッド車両のエンジンに取り付ける場合、例えば、エンジンの非作動時等に圧縮機が作動すると、圧縮機の振動がエンジンの圧縮機の取付面に伝達されてしまう。この際、エンジンの圧縮機の取付面が振動板として機能してしまうと、大きな騒音を生じさせてしまう原因となる。
本開示は、上記点に鑑み、取付対象部材の取付面の振動によって生じる騒音を抑制可能な圧縮機の取付構造を提供することを目的とする。
本開示の第1態様に係る圧縮機の取付構造では、流体を圧縮して吐出する圧縮機を取付対象部材の取付面に取り付ける。
圧縮機は、取付面に固定されるハウジングと、ハウジング内に固定されており、渦巻き状の固定側歯部を有する固定スクロールと、固定側歯部に噛み合う渦巻き状の可動側歯部を有するとともに固定スクロールに対して公転運動する可動スクロールと、を備えるスクロール型圧縮機である。可動スクロールが公転運動する際の中心軸は、取付面に対して平行となっている。中心軸の軸方向から見たときに、圧縮機の径方向のうち振動成分が最大となる振動方向と取付面の法線方向とがずれている。
圧縮機として用いられるスクロール型圧縮機は、径方向の振動成分に分布が生じやすい。そこで、本開示の第1態様に係る圧縮機の取付構造では、圧縮機の径方向のうち振動成分が最大となる振動方向と取付面の法線方向をずらしている。従って、取付面に騒音を発生させやすい振動成分が、取付面に伝達されてしまうことを抑制できる。
その結果、取付対象部材の取付面の振動によって生じる騒音を抑制可能な圧縮機の取付構造を提供することができる。
なお、取付面は、圧縮機が取り付けられる面であって、圧縮機の振動によって騒音を生じ得る面である。従って、取付面は、平面に限定されることなく、曲面あるいは湾曲面であってもよい。例えば、中心軸の軸方向から見たときに円弧状に形成される曲面であってもよい。
さらに、圧縮機に対する取付部として局所的に突出した部位あるいは陥没した部位が形成されている場合には、当該部位を除く面を取付面とすればよい。さらに、中心軸の軸方向から見たときに複数の凹凸を含む場合は、凹凸を平滑化した仮想面を取付面とすればよい。
本開示の第2態様に係る圧縮機の取付構造において、中心軸の軸方向から見たときに、固定側歯部の内周壁面と外周壁面との中央部が描くインボリュート曲線を基準インボリュート曲線とし、基準インボリュート曲線の基礎円の中心を中心点とし、中心点と、基礎円および基準インボリュート曲線との接続点とを通過する直線を第1線とし、取付面の法線方向に延びて中心点を通過する直線を第2線とし、固定側歯部の中心から外周端へ向かう巻き方向における第1線から第2線へ至る角度を取付角としたときに、取付角が、65°≦α≦155°、および、245°≦α≦335°のいずれか一方を満たすように設定されていてもよい。
これによれば、固定スクロールおよび可動スクロールの巻き数や圧力条件によらず、取付面で生じる騒音を効果的に低減させることができる。
以下、図面を用いて、本開示の一実施形態について説明する。本実施形態では、本開示に係る圧縮機の取付構造を、図1に示すように、車両用の冷凍サイクル装置にて流体である冷媒を圧縮して吐出する圧縮機1を、ハイブリッド車両にて車両走行用の駆動力を出力する内燃機関(エンジン)EGの外表面(取付面Ef)に取り付ける場合に適用している。従って、本実施形態において、圧縮機1を取り付ける取付対象部材は、エンジンEGである。
本実施形態の冷凍サイクル装置では、環状に接続された放熱器、膨張弁、蒸発器、および圧縮機1によって構成されている。放熱器は、圧縮機1から吐出された高温冷媒を放熱させる。膨張弁は、放熱器から流出した冷媒を減圧させる。蒸発器は、膨張弁にて減圧された低圧冷媒を蒸発させる。冷凍サイクル装置は、車両用空調装置において、車室内へ送風される空気の温度を調整する。
また、ハイブリッド車両は、エンジンEGおよび走行用電動モータの双方から車両走行用の駆動力を得る車両である。ハイブリッド車両では、車両の走行負荷に応じてエンジンEGを作動あるいは停止させて、エンジンEGおよび走行用電動モータの双方から駆動力を得て走行する走行状態、あるいはエンジンを停止させて走行用電動モータのみから駆動力を得て走行する走行状態等を切り替える。これにより、車両燃費を向上させることができる。
次に、図2、図3を用いて、圧縮機1の詳細構成について説明する。圧縮機1は、エンジンEGへの固定部11aが形成されたハウジング10を有する。ハウジング10は、その内部にスクロール型圧縮機構20、電動モータ30、シャフト25等を収容している。つまり、圧縮機1は、電動式のスクロール型圧縮機である。以下、スクロール型圧縮機構20を単に圧縮機構20と記載する。電動モータ30は、圧縮機構20を回転駆動する。シャフト25は、電動モータ30から圧縮機構20へ回転駆動力を伝達する駆動軸である。
なお、図2、図3中の上下の各矢印は、圧縮機1をエンジンEGに取り付けた状態における上下の各方向を示している。従って、本実施形態の圧縮機1は、シャフト25の回転軸が水平方向に延びて、圧縮機構20と電動モータ30が水平方向に配置される、いわゆる横置きタイプである。
ハウジング10は、複数の金属部材を組み合わせることによって構成された密閉容器構造を有する。より具体的には、本実施形態のハウジング10は、フロントハウジング11、ミドルハウジング12,およびリアハウジング13を有する。フロントハウジング11は有底円筒状(カップ状)に形成されている。ミドルハウジング12は、フロントハウジング11の内部に配置されてハウジング10の内部空間を区画する。リアハウジング13は、フロントハウジング11の開口部側を閉塞する。
フロントハウジング11、ミドルハウジング12、およびリアハウジング13は、圧入やボルト締め等の方法によって一体化されている。また、フロントハウジング11、ミドルハウジング12、およびリアハウジング13は互いにOリング、ガスケット等からなるシール部材を介して接続されている。従って、フロントハウジング11、ミドルハウジング12、およびリアハウジング13が互いに接続される接続部から冷媒が漏れることはない。
フロントハウジング11の外周壁面には、エンジンEGに固定される複数(本実施形態では4つ)の固定部11aが形成されている。これらの固定部11aは、ハウジング10の外周壁面からエンジンEGに設けられた圧縮機1の取付面Efへ向かって延びる柱状に形成されている。さらに、固定部11aの中心部には、固定部11aの長手方向に沿って延びる貫通穴11bが形成されている。
そして、この貫通穴11bに挿通されるボルトB1を、取付面Efに配置されたボルト穴B2に締め付けることによって、圧縮機1がエンジンEGに固定されている。ここで、取付面Efとは、圧縮機1が取り付けられる面であって、圧縮機1の振動によって騒音を生じ得る面である。従って、取付面Efは、圧縮機1のハウジング10が接触している面に限定されない。
つまり、本実施形態のように、ボルト穴B2を形成するために局所的に突出した部位が形成されている場合には、図3に示すように、この突出した部位を除く面が取付面Efとなる。さらに、本実施形態の取付面Efは、平面となっている。
フロントハウジング11の内部には、略円柱状の空間が形成されており、この空間の内部には、図2に示すように、電動モータ30が収容されている。電動モータ30は、固定子をなすステータ31、および回転子をなすロータ32を有している。
ステータ31は、フロントハウジング11の筒状部の内周側面に固定されている。ステータ31は、磁性材からなるステータコア31a、およびステータコア31aに巻き付けられたステータコイル31bを有している。そして、制御装置からステータコイル31bに電力が供給されると、ステータ31はロータ32を回転させる回転磁界を発生する。
ロータ32は、永久磁石を有しており、ステータ31の内側(内周側)に配置されている。さらに、ロータ32は、回転軸方向に延びる円筒状に形成されている。ロータ32の軸中心穴には、金属製のシャフト25が圧入によって固定されている。
シャフト25は、ロータ32よりも軸方向長さが長く形成されている。シャフト25の軸方向一端側の端部は、フロントハウジング11の底面部側の中心部に配置されたモータ側軸受け25aに回転可能に支持されている。一方、シャフト25の軸方向他端側(圧縮機構20側)は、略円板状に形成されたミドルハウジング12の略中心部に配置された圧縮機構側軸受け25bに回転可能に支持されている。
従って、ステータコイル31bに電力が供給されて回転磁界が発生すると、ロータ32およびシャフト25が一体となって回転する。なお、ミドルハウジング12の外周側面がフロントハウジング11の筒状部の内周側面に圧入されている。換言すれば、ミドルハウジング12がフロントハウジング11の内側に圧入されて、ミドルハウジング12の外周側面がフロントハウジング11の内周側面に当接している。これにより、ミドルハウジング12は、ハウジング10の内部空間を、電動モータ30が収容される空間と圧縮機構20が収容される空間に区画している。
圧縮機構20は、一対のスクロールを備えている。具体的に、一対のスクロールとは、可動スクロール21と固定スクロール22である。可動スクロール21と固定スクロール22とはそれぞれ、平板状の基板部、および基板部からシャフト25の軸方向へ突出する渦巻き状の歯部を有する。
より詳細には、可動スクロール21は、円板状の可動側基板部21aおよび可動側基板部21aから固定スクロール22側へ向かって突出する可動側歯部21bを有している。固定スクロール22は、円板状の固定側基板部22aおよび固定側基板部22aから可動スクロール21側へ向かって突出する固定側歯部22bを有している。
固定スクロール22は、固定側基板部22aの外周側面がフロントハウジング11の筒状部の内周側面に圧入されていることによって、フロントハウジング11に固定されている。換言すれば、固定スクロール22は、固定側基板部22aがフロントハウジング11の内側に圧入されることによって、フロントハウジング11に固定されている。一方、可動スクロール21は、ミドルハウジング12と固定スクロール22との間に形成される空間に位置している。
さらに、可動側基板部21aの板面と固定側基板部22aの板面が対向しているとともに、可動側歯部21bと固定側歯部22b同士が噛み合わされている。これにより、可動スクロール21および固定スクロール22のうち一方のスクロールの歯部の先端部が他方のスクロールの基板部に当接している。
これにより、可動側歯部21bと固定側歯部22b同士が複数箇所で接触し、可動側歯部21bと固定側歯部22bとの間には、シャフト25の中心軸CLの軸方向から見たときに三日月形状に形成される作動室Vが複数個形成される。なお、図2、図3では、図示の明確化のため、複数個の作動室Vのうち1つのみに符号を付しており、他の作動室については符号を省略している。
また、前述したシャフト25の軸方向他端側(圧縮機構20側)の端部には、シャフト25の中心軸CLに対して偏心した偏心部25cが形成されている。これに対して、可動側基板部21aのミドルハウジング12側の面の中心部には、偏心部25cを回転可能に支持する偏心部用軸受け25dが嵌め込まれている。
さらに、可動スクロール21とミドルハウジング12との間には、可動スクロール21が偏心部25c周りに自転することを防止するピン-ホール式の自転防止機構26が設けられている。従って、シャフト25が回転すると、可動スクロール21は、偏心部25c周りに自転することなく、シャフト25の中心軸CLを公転中心として、固定スクロール22に対して公転運動(旋回)する。
そして、この公転運動により、前述した作動室Vが容積を減少させながら、回転軸回りに外周側から中心側へ変位する。さらに、本実施形態のミドルハウジング12には、最外周側に変位して最大容積となっている作動室Vとフロントハウジング11に形成されて外部から冷媒を吸入する吸入ポートとを連通させる吸入側連通路(図示しない)が形成されている。
また、固定スクロール22の固定側基板部22aの中心部には、作動室Vで圧縮された冷媒を吐出する吐出穴22cが形成されている。吐出穴22cは、作動室Vで圧縮された高圧冷媒を流入させる吐出室13aに連通している。この吐出室13aには、冷媒が吐出穴22cを介して吐出室13a側から作動室V側へ逆流してしまうことを防止するリード弁27が配置されている。
吐出室13aは、固定スクロール22とリアハウジング13との間の空間によって形成されている。吐出室13aの冷媒流出口は、リアハウジング13の内部に形成されたオイルセパレータ40に連通している。本実施形態のオイルセパレータ40は、遠心力の作用によって冷媒と冷凍機油とを分離する遠心分離方式である。
オイルセパレータ40にて分離された冷凍機油は、リアハウジング13、固定スクロール22、およびミドルハウジング12等に形成されたオイル通路40aを介して、圧縮機構20および電動モータ30の摺動部へ導かれる。一方、オイルセパレータ40にて分離された高圧冷媒は、リアハウジング13に形成されて高圧冷媒をハウジング10の外部(具体的には、放熱器の冷媒入口側)へ吐出する吐出ポート13bへ導かれる。
次に、図4を用いて、本実施形態の圧縮機1をエンジンEGの取付面Efに取り付ける際の取付構造を説明する。まず、本実施形態では、シャフト25の中心軸CLが、取付面Efに対して平行になっている。さらに、図4に示す圧縮機1の取付角αが、以下数式F1、F2のうち、いずれか一方を満たすように設定されている。
65°≦α≦155°…(F1)
245°≦α≦335°…(F2)
より具体的には、本実施形態では、圧縮機1の取付角αが概ね110°となるように設定されている。ここで、本実施形態における取付角αは以下のように定義されている。
245°≦α≦335°…(F2)
より具体的には、本実施形態では、圧縮機1の取付角αが概ね110°となるように設定されている。ここで、本実施形態における取付角αは以下のように定義されている。
シャフト25の中心軸CLの軸方向から見たときに、図4に示すように、固定側歯部22bの内周壁面と外周壁面との中央部が描くインボリュート曲線を基準インボリュート曲線Iv0とし、この基準インボリュート曲線Iv0の基礎円をC0とし、基礎円C0の中心を中心点Oとし、中心点Oと、基礎円C0および基準インボリュート曲線Iv0の接続点P0とを通過する直線を第1線L1とし、取付面Efの法線方向に延びて基礎円C0の中心点Oを通過する直線を第2線L2としたときに、固定側歯部22bの中心側から外周側へ向かう巻き方向における第1線L1から第2線L2へ至る角度が取付角αと定義されている。
次に、上記構成における本実施形態の圧縮機1の作動を説明する。電動モータ30に電力が供給されてロータ32およびシャフト25が回転すると、可動スクロール21が固定スクロール22に対して公転運動する。これにより、圧縮機構20の作動室Vが容積を縮小させながら回転軸回りに外周側から中心側へ変位する。
この際、最外周側に変位して最大容積となっている作動室Vに吸入ポートが連通して、外部から作動室Vに低圧冷媒が吸入される。そして、作動室Vが容積を縮小させながら変位させることによって作動室V内の冷媒が圧縮される。
さらに、作動室Vが中心側へ変位して吐出穴22cに連通するとともに、作動室V内の冷媒圧力がリード弁27の開弁圧を超えるとリード弁27が開き、作動室V内の高圧冷媒が吐出穴22cを介して吐出室13aへ流入する。吐出室13aから流出した高圧冷媒は、オイルセパレータ40にて冷凍機油が分離され、吐出ポート13bから吐出される。
以上の如く、本実施形態の圧縮機1のようなスクロール型圧縮機では、作動室Vが回転軸回りに外周側から中心側へ変位するに伴って、作動室V内の冷媒圧力が上昇する。この際、作動室V内の冷媒圧力が上昇するに伴って、電動モータ30に要求される駆動トルクも増加する。
さらに、作動室Vはシャフト25の回転に伴って周期的に変位するので、電動モータ30に要求される駆動トルクも周期的に変化する。このような駆動トルクの周期的な変化は、圧縮機1全体を振動させる原因となる。
また、スクロール型圧縮機では、作動室Vが回転軸周りに変位するので、中心軸CLの軸方向から見たときに、径方向の振動成分が均一にならず、径方向の振動成分に分布が生じやすい。
このため、例えば、エンジンEGの非作動時等に圧縮機1を作動させると、上述した圧縮機1全体としての振動が取付面Efに伝達されてしまう。この際、取付面Efが振動板として機能してしまうと、大きな騒音を生じさせてしまう原因となる。さらに、本開示の発明者らの検討によれば、取付面Efに騒音を発生させやすい振動成分は、取付面Efに対して垂直方向の振動成分である。換言すれば、取付面Efに生ずる騒音に最も寄与する径方向の振動成分は、取付面Efに対して垂直方向に伝達する振動成分であることが判明した。この知見に基づき、圧縮機1の作動時に当該圧縮機1が振動する方向において、最も大きく振動する方向(振動成分が最大となる振動方向)が、取付面Efの法線方向に一致しないように圧縮機1を設置すれば、取付面Efに生ずる騒音を抑制し得ることを見出した。
そこで、本実施形態では、取付角αが、上記数式F1、F2のいずれか一方を満たすように(具体的には、概ね110°となるように)、圧縮機1がエンジンEGの取付面Efに取り付けられている。従って、圧縮機1の径方向のうち振動成分が最大となる振動方向と取付面Efの法線方向(取付面Efに対して垂直方向に相当)とをずらすことができる。
換言すると、圧縮機1の径方向のうち振動成分が最大となる振動方向と取付面Efの法線方向とを異なる方向(非平行)にすることができる。その結果、本実施形態の圧縮機1の取付構造によれば、取付面Efに騒音を発生させやすい振動成分が圧縮機1から取付面Efに伝達されてしまうことを抑制でき、取付面Efの振動によって生じる騒音を抑制することができる。
より詳細には、本実施形態の取付構造では、取付角αを変化させると、図5に示すように、取付面Efに対して垂直方向の振動成分の荷重振幅Fが変化する。図5によれば、取付角αが20°程度、あるいは、200°程度になってしまうと、圧縮機1の径方向のうち振動成分が最大となる振動方向(圧縮機1が最も大きく振動する方向)と取付面Efの法線方向とが一致して、荷重振幅Fが最大となることが判る。
これに対して、本実施形態のように、取付角αを上記数式F1、F2のいずれか一方を満たすように設定することで、荷重振幅Fを5%以上低減させることができる。すなわち、取付面Efの振動によって生じる騒音を抑制することができる。
さらに、効果的な騒音低減効果を得るために、取付角αが、以下数式F3、F4のうち、いずれか一方を満たすように設定してもよい。
85°≦α≦135°…(F3)
265°≦α≦355°…(F4)
さらに、より効果的な騒音低減効果を得るために、取付角αの組み付け誤差を、目標値に対して10%程度以内とすればよい。例えば、本実施形態では、目標値110°に対して±10°以内で組み付けられていることが望ましい。なお、図5から明らかなように、110°を目標値とすることと、290°を目標値とすることは実質的に同様である。従って、目標値を290°とする場合も±10°以内で組み付けられていることが望ましい。
265°≦α≦355°…(F4)
さらに、より効果的な騒音低減効果を得るために、取付角αの組み付け誤差を、目標値に対して10%程度以内とすればよい。例えば、本実施形態では、目標値110°に対して±10°以内で組み付けられていることが望ましい。なお、図5から明らかなように、110°を目標値とすることと、290°を目標値とすることは実質的に同様である。従って、目標値を290°とする場合も±10°以内で組み付けられていることが望ましい。
また、前述の如く、スクロール型圧縮機では、中心側に変位した作動室V内の冷媒が高圧化することによって圧縮機1全体としての振動が生じる。従って、外周側に変位した作動室V内の冷媒圧力の影響を受けにくい。
これに対して、本実施形態の圧縮機1の取付構造では、固定スクロール22の中心側の形状に基づいて取付角αを決定している。これにより、固定スクロール22および可動スクロール21の巻き数や圧力条件によらず、取付面Efの騒音を効果的に低減させることができる。圧力条件とは、例えば、吐出ポート13b側の冷媒圧力と吸入ポート側の冷媒圧力との圧力差である。
また、本実施形態の圧縮機1は電動圧縮機であり、圧縮機1をハイブリッド車両に搭載している。そのため、エンジンEGが停止している際に圧縮機1が作動してしまうことがある。エンジンEGが停止している際には、エンジン騒音が発生しないため、圧縮機1が作動すると圧縮機1の騒音が乗員にとって耳障りになりやすい。従って、圧縮機1として電動圧縮機を使用する場合は、本実施形態の圧縮機の取付構造を適用して、騒音を抑制できることは極めて有効である。
また、本実施形態では、ゴムのような緩衝部材を介することなく、圧縮機1とエンジンEGとを直接接触させた状態でボルト締めによって固定している。このような固定では、圧縮機1の振動が取付面Ef側へ伝達されやすい。従って、本実施形態の圧縮機の取付構造を適用して、騒音を抑制できることは極めて有効である。
(他の実施形態)
本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(他の実施形態)
本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
(1)上述の実施形態では、本開示に係る圧縮機の取付構造を、冷凍サイクル装置用の圧縮機1をエンジンEGの取付面Efに取り付ける場合に適用している。しかしながら、本開示の適用はこれに限定されない。
例えば、圧縮機1は、冷凍サイクル装置用に限定されない。また、取付対象部材は、エンジンEGに限定されることなく、例えば、ハイブリッド車両において車両走行用の駆動力を出力する走行用電動モータであってもよい。もちろん、車両用に限定されることなく、用途に応じて設定された専用の取付部材であってもよい。
(2)上述の実施形態では、電動圧縮機を取付対象部材(エンジンEG)に取り付けている。しかしながら、圧縮機は電動式に限定されない。例えば、エンジンから駆動力を得るエンジン駆動式の圧縮機であってもよい。
(3)上述の実施形態では、取付面Efが平面となっている。しかしながら、取付面Efは、圧縮機1が取り付けられる面であって、圧縮機1の振動によって騒音を生じ得る面である。従って、取付面Efは平面に限定されることなく、曲面あるいは湾曲面であってもよい。
例えば、図6に示すように、取付面Efは、中心軸CLの軸方向から見たときに円弧状となっている曲面であってもよい。この場合は、図6に示すように第2線L2の延びる方向は、取付面Efの法線方向となる。取付面Efの法線方向は、取付面Efに対して垂直方向に相当する。換言すれば、第2線L2の延びる方向は、湾曲する取付面Efのうち、圧縮機1に最も近接する点を通る平面の法線方向と定義することができる。
また、図7に示すように、中心軸CLの軸方向から見たときに、実際の取付面が複数の凹凸を含む場合は、凹凸を平滑化した際に同様の騒音を生じると想定される仮想面(図7の二点鎖線で示す面)を取付面Efとすればよい。この場合も、図7に示すように第2線L2の延びる方向は、取付面Efの法線方向となる。
なお、図6、図7は、図4に対応する図面であって、上述の実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付している。
Claims (4)
- 流体を圧縮して吐出する圧縮機(1)を取付対象部材(EG)の取付面(Ef)に取り付ける圧縮機の取付構造であって、
前記圧縮機(1)は、
前記取付面(Ef)に固定されるハウジング(10)と、
前記ハウジング(10)内に固定されており、渦巻き状の固定側歯部(22b)を有する固定スクロール(22)と、
前記固定側歯部(22b)に噛み合う渦巻き状の可動側歯部(21b)を有するとともに、前記固定スクロール(22)に対して公転運動する可動スクロール(21)と、を備えるスクロール型圧縮機であり、
前記可動スクロール(21)が公転運動する際の中心軸(CL)は、前記取付面(Ef)に対して平行となっており、
前記中心軸(CL)の軸方向から見たときに、前記圧縮機(1)の径方向のうち振動成分が最大となる振動方向と前記取付面(Ef)の法線方向とがずれている圧縮機の取付構造。 - 前記中心軸(CL)の軸方向から見たときに、
前記固定側歯部(22b)の内周壁面と外周壁面との中央部が描くインボリュート曲線を基準インボリュート曲線(Iv0)とし、
前記基準インボリュート曲線(Iv0)の基礎円(C0)の中心を中心点(O)とし、
前記中心点(O)と、前記基礎円(C0)および基準インボリュート曲線(Iv0)との接続点(P0)とを通過する直線を第1線(L1)とし、
前記取付面(Ef)の法線方向に延びて前記中心点(O)を通過する直線を第2線(L2)とし、
前記固定側歯部(22b)の中心から外周端へ向かう巻き方向における前記第1線(L1)から前記第2線(L2)へ至る角度を取付角(α)とした場合に、
前記取付角(α)が、65°≦α≦155°、および、245°≦α≦335°のいずれか一方を満たしている請求項1に記載の圧縮機の取付構造。 - 前記ハウジング(10)は、その内部に前記可動スクロール(21)を公転運動させる回転駆動力を出力する電動モータ(30)を収容している請求項1または2に記載の圧縮機の取付構造。
- 前記ハウジング(10)は、前記取付面(Ef)に固定される固定部(11a)を有し、
前記固定部(11a)は、ボルト(B1)が挿通される貫通穴(11b)を有し、
前記ハウジング(10)は、前記貫通孔(11b)に挿通された前記ボルト(B1)を前記取付面(Ef)に形成されたボルト穴(B2)に締め付けることによって、前記取付面(Ef)に固定されている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の圧縮機の取付構造。
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