JP2005344657A - 電動気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮機の作動効率を優先するかモータの冷却を優先するかを状況に応じて選択し得る電動気体圧縮機を提供する。
【解決手段】 電動気体圧縮機１０は、ハウジング１２と、ハウジング内に収容された電動モータ１６およびその駆動力により作動される気体圧縮機構１９と、該気体圧縮機構で圧縮される冷媒をモータ１６を経て圧縮機構１９に導く第１の冷媒供給通路（１１ａ、１５）と、冷媒をモータ１６を経ることなく気体圧縮機構１９に導く第２の冷媒供給通路（２３ｂ、１１ｂ）と、冷媒を第１の冷媒供給通路および第２の冷媒供給通路に切り替え可能に案内する切り替えバルブ２４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍機及び空気調和装置等に冷媒圧縮機として組み込むのに好適な気体圧縮機に関し、特に、ハウジング内に駆動源である電動モータが組み込まれた電動気体圧縮機に関する。

駆動源である電動モータが気体圧縮機構と一体的にハウジング内に組み込まれた、いわゆる電動気体圧縮機では、気体圧縮機構により圧縮される冷媒で、モータ及びその駆動電気回路を冷却することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

これによれば、気体圧縮機構の作動によりハウジング内に吸入された冷媒がモータあるいは駆動電気回路の領域を通過するときにモータあるいはその駆動電気回路からの熱量をそれぞれ奪う。この冷媒の冷却作用により、空冷式あるいは水冷式のような格別な冷却機構を採用することなくモータあるいはその駆動電気回路を冷却することができ、これらの過熱による耐久性の低下あるいは駆動力の低下を防止することができる。
特開２０００−２９１５５７号公報（第３頁、図１）

しかしながら、従来の前記気体圧縮機では、気体圧縮機構で圧縮を受ける冷媒は、気体圧縮機の運転中、該圧縮機内のモータとの効率的な熱交換を行う流路を経て圧縮機構に供給される。そのため、冷媒は、気体圧縮機の運転中、常時、モータあるいはその駆動電気回路との熱交換によって加熱されることから、冷媒密度の低下により、圧縮機の作動効率が低下する。

そこで、本発明の目的は、圧縮機の作動効率を優先するか電動モータの冷却を優先するかを状況に応じて選択し得る電動気体圧縮機を提供することにある。

本発明は、吸入ポート及び吐出ポートが形成されたハウジングと、該ハウジング内に収容された電動モータおよび該電動モータの駆動力により作動され前記吸入ポートからの冷媒を圧縮して前記吐出ポートから排出するための気体圧縮機構と、該気体圧縮機構で圧縮される冷媒を前記吸入ポートから前記電動モータを収容する空間領域を経て前記圧縮機構に導く第１の冷媒供給通路と、前記気体圧縮機で圧縮される冷媒を前記空間領域を経ることなく前記気体圧縮機構に導く第２の冷媒供給通路と、前記冷媒を前記第１の冷媒供給通路および第２の冷媒供給通路に切り替え可能に案内する切り替えバルブとを備えることを特徴とする。

本発明に係る前記気体圧縮機では、切り替えバルブの操作に応じて、冷媒を電動モータが収容された空間領域を経て気体圧縮機構に導く第１の冷媒供給通路と、冷媒を電動モータが収容された空間領域を経ることなく気体圧縮機構に導く第２の冷媒供給通路とを選択することができる。従って、電動モータを冷却することを優先する運転状況下では、冷媒を第１の冷媒供給通路に導くことにより、冷媒で電動モータを冷却することができる。また、気体圧縮機の効率を優先する運転状況下では、冷媒を第２の冷媒供給路に導くことにより、この冷媒が電動モータの熱量によって加熱されることを防止することができる。その結果、切り替えバルブの切り替え操作により、運転状況に応じた適正な運転状態で気体圧縮機を作動させることができる。

また、状況に応じて、冷媒を両冷媒供給通路に分配することもできる。この分配のために、前記切り替えバルブは、冷媒を一方または他方の前記冷媒供給路に選択的に案内する選択切り替え位置と、両冷媒供給路に案内する分配位置との間で切り替え可能な３位置切り替えバルブを用いることが望ましい。

また、切り替えバルブは、モータのコイルまたは永久磁石の温度、吸入される冷媒の温度あるいは環境温度のいずれかに基づいて切り替えることができ、このバルブの切り替え動作を自動制御とすることができる。

また、第１の冷媒供給通路および第２の冷媒供給通路の少なくとも一方に、冷媒流量を調整するための流量調整手段を設けることができ、これにより、分配率を所望の値に設定することができる。

電動モータは前記ハウジング内に形成された前記吸入ポートに連通する吸入室に配置することができ、これにより、この吸入室を前記空間領域として利用することができる。この場合、前記電動モータは前記吸入室内で前記気体圧縮機構と同軸に配置される。

本発明によれば、前記したように、気体圧縮機の効率を優先するかあるいは電動モータの冷却を優先するかのいずれかの状況に応じたバルブ操作により、冷媒の加熱による圧縮率の低下を防止し、あるいは電動モータの過熱による耐久性の低下やモータの駆動力の低下を防止することができ、これにより運転状況に応じた適正な運転状態で気体圧縮機を作動させることができる。

本発明を図示の実施例に沿って以下に詳細に説明する。

〈実施例１〉
本発明に係る気体圧縮機は、例えば自動車に搭載される空気調和装置に適用され、空気調和装置の構成要素である従来よく知られた凝縮器、膨張弁及び蒸発器等と共に、冷却サイクルのための冷媒循環経路を構成する。

本発明に係る気体圧縮機１０は、図１に示す例では、前記蒸発器（図示せず）に接続される第１及び第２の吸入ポート１１ａ、１１ｂが形成され、一端開放の筒状のフロントハウジング部材１２ａと、前記凝縮器（図示せず）に接続される吐出ポート１３が形成され、フロントハウジング部材１２ａの開放端に接合される開放端を有する一端開放の筒状のリアハウジング部材１２ｂとから成る全体に円筒状の２分割式ハウジング１２を備える。

フロントハウジング部材１２ａの内方には、該フロントハウジング部材の開放端を横切る隔壁部材１４によって吸入ポート１１ａに連通する吸入室１５が区画されている。この吸入室１５内には、電動モータ１６が配置されている。

電動モータ１６は、従来よく知られた多相ブラシレス直流モータである。電動モータ１６は、フロントハウジング部材１２ａに形成された軸受１７でハウジング１２の軸線に一致して回転可能に支持された回転軸１８に固定されるロータ１６ａと、該ロータを取り巻いて配置されるステータ１６ｂとを備える。電動モータ１６は、従来よく知られているように、ロータ１６ａに埋設された永久磁石（図示せず）とステータ１６ｂの固定子巻き線（図示せず）に供給される３相パルス電流によって生じる界磁との磁気相互作用により、回転軸１８が一方向に回転する。電動モータ１６への電力の供給は、フロントハウジング部材１２ａの外端壁に固定されたインバータ回路１６ｃにより制御を受け、該インバータ回路から前記固定子巻き線へ供給されるパルス電流の制御によって従来におけると同様に電動モータ１６の動作が制御される。

回転軸１８は、隔壁部材１４を貫通してリアハウジング部材１２ｂの内方に伸びる。リアハウジング部材１２ｂの内方には、気体圧縮機構１９が配置されている。

気体圧縮機構１９は、例えば従来よく知られたベーン・ロータ式気体圧縮機である。ベーン・ロータ気体圧縮機構１９では、楕円形横断面形状を有するシリンダ室１９ａ内に回転可能に配置されたロータ１９ｂが回転軸１８の回転に伴ってこれと一体的に回転すると、該ロータに進退可能に保持された複数のベーン１９ｃがシリンダ室１９ａの周壁を摺動する。このベーン１９ｃの摺動に伴い、従来よく知られているように、各ベーン１９ｃで区画された複数の加圧室（図示せず）の容積が増減し、この加圧室の増減に伴い、一側に形成された吸入口１９ｄから気体を吸入し、加圧室で圧縮された気体を吐出口１９ｅからリアハウジング部材１２ｂ内に区画された吐出室２０に吐出する。吐出室２０は吐出ポート１３に連通する。吐出室２０には、吐出口１９ｅから排出される気体の油分を分離するための油分離器２１が配置されている。

隔壁部材１４は気体圧縮機構１９の前記一側に隣接して配置されており、隔壁部材１４には、一端が気体圧縮機構１９の吸入口１９ｄに連通する連結路２２が形成されている。連結路２２の他端には分岐部２２ａ、２２ｂが形成されており、その一方の分岐部２２ａは吸入室１５に開放することにより、該吸入室を経て第１の吸入ポート１１ａに連通する。また、他方の分岐部２２ｂは第２の吸入ポート１１ｂに開放する。

各第１及び第２の吸入ポート１１ａ、１１ｂは、前記蒸発器から伸びる分岐吸入配管２３を介して前記蒸発器に接続されている。分岐吸入配管２３の一方の分岐路２３ａは第１の吸入ポート１１ａに接続され、分岐吸入配管２３の他方の分岐路２３ｂはハウジング１２の外方を通って第２の吸入ポート１１ｂに接続されている。

分岐吸入配管２３には、その両分岐路２３ａ、２３ｂのそれぞれの連通を断続するための切り替えバルブ２４が設けられている。バルブ２４は、図示の例では、制御回路２５の制御下で動作する３位置切り替えの電磁ソレノイドバルブ装置である。制御回路２５は、制御線２５ａ、２５ｂを経る動作制御信号によって、バルブ２４を第１〜第３の切り替え位置２４ａ〜２４ｃに切り替える。

第１の切り替え位置２４ａでは、第１の吸入ポート１１ａに接続される一方の分岐路２３ａが連通し、第２の吸入ポート１１ｂに接続される他方の分岐路２３ｂの連通が遮断される。第２の切り替え位置２４ｂでは、両分岐路２３ａ、２３ｂが連通状態におかれる。第３の切り替え位置２４ｃでは、第１の吸入ポート１１ａに接続される一方の分岐路２３ａの連通が遮断され、第２の吸入ポート１１ｂに接続される他方の分岐路２３ｂが連通する。

従って、制御回路２５でバルブ２４の切り換え位置２４ａ〜２４ｃを操作することにより、前記蒸発器からの冷媒を選択的に第１の吸入ポート１１ａまたは第２の吸入ポート１１ｂの何れか一方に選択的に案内し、あるいは両吸入ポート１１ａ、１１ｂに案内することができる。

制御回路２５は、電動モータ１６のステータ１６ｂの固定子巻き線またはロータ１６ａの永久磁石の温度、吸入される冷媒の温度あるいは環境温度のいずれかに基づいてバルブ２４を自動的に切り替えることができる。

本発明に係る気体圧縮機１０では、インバータ回路１６ｃから電動モータ１６に供給されるパルス電流によって該電動モータが作動すると、その回転軸１８の回転によって気体圧縮機構１９が作動する。気体圧縮機構１９が作動すると、バルブ２４の切り替え位置２４ａ〜２４ｃに応じて、前記蒸発器から冷媒が第１及び第２の吸入ポート１１ａ、１１ｂに案内される。

バルブ２４が第１の切り替え位置２４ａに保持されていると、第１の吸入ポート１１ａに接続される一方の分岐路２３ａが連通し、第２の吸入ポート１１ｂに接続される他方の分岐路２３ｂの連通が遮断されることから、前記蒸発器からの冷媒は、第１の吸入ポート１１ａにのみ案内される。この第１の吸入ポート１１ａに選択的に案内された冷媒は、気体圧縮機構１９の吸引作用によって、電動モータ１６を収容する空間である吸入室１５内の間隙を経て連結路２２から吸入口１９ｄを経て気体圧縮機構１９に吸入され、該気体圧縮機構により圧縮された後、吐出口１９ｅから油分離器２１を経て吐出室２０内に吐出され、油分離器２１で潤滑油成分を除去された冷媒が加圧された状態で吐出ポート１３から前記凝縮器に圧送される。

油分離器２１で分離され吐出室２０の底部に溜まる潤滑油は、従来よく知られているように、気体圧縮機構１９の各摺動部の潤滑およびベーン１９ｃの背圧等に用いられる。

第１の吸入ポート１１ａから吸入室１５内を経て連結路２２から気体圧縮機構１９に案内される冷媒は、吸入室１５内で電動モータ１６の加熱源となるステータ１６ｂから熱量を奪うことにより、該ステータを冷却する。また、この冷却流はフロントハウジング部材１２ａの端壁を通して、該端壁に固定されたインバータ回路１６ｃをも冷却する。

従って、第１の切り替え位置２４ａでは、電動モータ１６及びインバータ回路１６ｃを効果的に冷却することができるので、電動モータ１６あるいはインバータ回路１６ｃの熱による劣化を防止することができる。また、電動モータ１６の冷却によって、そのステータ１６ｂの固定子巻き線の温度上昇を抑制することができることから、この固定子巻き線の温度上昇に伴う電気抵抗の増大による電動モータ１６のトルク低下を防止することができる。

他方、バルブ２４が第３の切り替え位置２４ｃに保持されていると、第１の吸入ポート１１ａに接続される一方の分岐路２３ａが遮断され、第２の吸入ポート１１ｂに接続される他方の分岐路２３ｂが連通されることから、前記蒸発器からの冷媒は、気体圧縮機１０内を経ることなくその外方を通る他方の分岐路２３ｂを経て、第２の吸入ポート１１ｂにのみ案内される。この第２の吸入ポート１１ｂに選択的に案内された冷媒は、電動モータ１６を収容する空間である吸入室１５内を経ることなく連結路２２の分岐部２２ｂから吸入口１９ｄを経て気体圧縮機構１９に吸入される。

従って、第３の切り替え位置２４ｃでは、前記蒸発器からの冷媒は電動モータ１６を経ることなく、これにより電動モータ１６の熱量によって加熱されることなく、直接的に気体圧縮機構１９に供給されることから、加熱による冷媒密度の低下が防止されるので、気体圧縮機構１９により効率的な圧縮を受けた後、前記したと同様に、油分離器２１で潤滑油成分を除去され、吐出ポート１３から前記凝縮器に圧送される。

また、バルブ２４が第２の切り替え位置２４ｂに保持されていると、両分岐路２３ａ、２３ｂが連通状態におかれることから、前記蒸発器からの冷媒の一部は、第１の吸入ポート１１ａから吸入室１５内を経て、主として電動モータ１６を冷却しながら連結路２２の分岐部２２ａを経て気体圧縮機構１９に案内される。また、これと同時的に、前記蒸発器からの冷媒の残部は、他方の分岐路２３ｂを経ることにより、電動モータ１６を冷却することなく連結路２２の分岐部２２ｂを経て気体圧縮機構１９に案内される。

両吸入ポート１１ａ、１１ｂに冷媒を分配する第２の切り替え位置（分配位置）２４ｂでの分配比、すなわち、吸入ポート１１ａ及び吸入室１５を経る第１の冷媒供給通路（１１ａ、１５）から気体圧縮機構１９に供給される冷媒量と、他方の分岐路２３ｂ及び第２の吸入ポート１１ｂを経る第２の冷媒供給通路（２３ｂ、１１ｂ）から気体圧縮機構１９に供給される冷媒量との比は、例えば両吸入ポート１１ａ、１１ｂの口径比によって決まる。この両吸入ポート１１ａ、１１ｂの口径比は、気体圧縮機１０の圧縮効率及び電動モータ１６の冷却効果に基づいて、適宜選択される。

〈実施例２〉
図２に示す例では、バルブ２４はハウジング１２と一体に形成され、分岐吸入配管２３の他方の分岐路２３ｂはフロントハウジング部材１２ａの内部に形成されている。この他方の分岐路２３ｂは、第１の吸入ポート１１ａの近傍でバルブ２４に一端が接続され、フロントハウジング部材１２ａ内を連結路２２の分岐部２２ｂに向けて伸長し、該分岐部に他端が接続されている。

他方の分岐路２３ｂをフロントハウジング部材１２ａ内に形成することにより、該フロントハウジング部材１２ａを経て電動モータ１６の熱量の一部を吸収するが、他方の分岐路２３ｂを流れる冷媒は、吸入室１５を流れるほどに加熱されることはない。従って、図２に示す実施例２の気体圧縮機１０によれば、実施例１におけると同様に、制御回路２５の制御によるバルブ２４の切り換え操作によって、吸入室１５を経る第１の冷媒供給通路あるいは吸入室１５を経ない第２の冷媒供給通路を選択し、あるいは両冷媒供給通路を併用することができる。

また、実施例２によれば、他方の分岐路２３ｂがハウジング１２のフロントハウジング部材１２ａ内に形成されていることから、この他方の分岐路２３ｂをハウジング１２の外部で引き回す必要がなく、また、バルブ２４がハウジング１２に固定されていることから、気体圧縮機１０の全体的なコンパクト化及び取り扱いに有利である。

〈実施例３〉
図３に示す例では、図１に示した実施例１の他方の分岐路２３ｂに流路調整弁２６が付加されている。流路調整弁２６は、制御回路２５の制御線２５ｃからの制御信号に応じて他方の分岐路２３ｂの口径を増減することにより、他方の分岐路２３ｂを流れる冷媒の流量を増減する。この他方の分岐路２３ｂの流量を変えることにより、吸入室１５を経る第１の冷媒供給通路を経る冷媒量と、他方の分岐路２３ｂを経る第２の冷媒供給通路を経る冷媒量との比を変えることができる。従って、例えば前記蒸発器から気体圧縮機１０に案内される冷媒の温度、環境温度等に応じて流量調整手段である流路調整弁２６を調整することにより、気体圧縮機１０のより適正な運転制御が可能となる。

前記したところでは、気体圧縮機構１９としてベーン・ロータ式気体圧縮機構の例を示したが、気体圧縮機構としてスクロール式及びその他の圧縮機構を採用することができる。また、電動モータ１６についても、前記した多相ブラシレス直流モータの他、種々の電動モータを採用することができる。

本発明に係る気体圧縮機の実施例１を示す縦断面図である。 本発明に係る気体圧縮機の実施例２を示す縦断面図である。 本発明に係る気体圧縮機の実施例３を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 気体圧縮機
１１（１１ａ、１１ｂ） 第１及び第２の吸入ポート
１２（１２ａ、１２ｂ）ハウジング（フロントハウジング部材、リアハウジング部材）
１３ 吐出ポート
１５ 空間領域（吸入室）
１６ 電動モータ
１８ 回転軸
１９ 気体圧縮機構
２４ 切り替えバルブ
２６ 流路調整弁（流量調整手段）
１１ａ、１５ 第１の冷媒供給通路
２３ｂ、１１ｂ 第２の冷媒供給通路

Claims (5)

1. 吸入ポート及び吐出ポートが形成されたハウジングと、該ハウジング内に収容された電動モータおよび該電動モータの駆動力により作動され前記吸入ポートからの冷媒を圧縮して前記吐出ポートから排出するための気体圧縮機構と、該気体圧縮機構で圧縮される冷媒を前記吸入ポートから前記電動モータを収容する空間領域を経て前記圧縮機構に導く第１の冷媒供給通路と、前記気体圧縮機で圧縮される冷媒を前記空間領域を経ることなく前記気体圧縮機構に導く第２の冷媒供給通路と、前記冷媒を前記第１の冷媒供給通路および第２の冷媒供給通路に切り替え可能に案内する切り替えバルブとを備える電動気体圧縮機。
2. 前記空間領域は前記ハウジング内に形成された前記吸入ポートに連通する吸入室であり、前記電動モータは前記吸入室内で前記気体圧縮機構と同軸に配置されている請求項１に記載の電動気体圧縮機。
3. 前記切り替えバルブは、前記冷媒を一方または他方の前記冷媒供給路に選択的に案内する選択切り替え位置と、両冷媒供給路に案内する分配位置との間で切り替え可能な３位置切り替えバルブである請求項１または２に記載の電動気体圧縮機。
4. 前記切り替えバルブは、前記モータのコイルまたは永久磁石の温度、吸入される冷媒の温度あるいは環境温度のいずれかに基づいて切り替えが制御される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動気体圧縮機。
5. 前記第１の冷媒供給通路および第２の冷媒供給通路の少なくとも一方には、冷媒流量を調整するための流量調整手段が設けられている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動気体圧縮機。

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