JP2006329001A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部に発電機を必要とすることなく作動を制御し得る気体圧縮機を提供する。
【解決手段】 ハウジング１１と、駆動回転部１７を有し該駆動回転部の回転により気体を圧縮すべくハウジング１１内に収容された圧縮機構１２と、圧縮機構１２の作動を制御する電動部４５とを備える気体圧縮機１０。駆動回転部１７とハウジング１１との間には、電動部４５のための電力を生成する発電機構４６が組み込まれている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気体圧縮機に関し、特に、吐出容量が切換可能な容量可変型気体圧縮機に好適な気体圧縮機に関する。

従来の気体圧縮機に吐出容量が切換可能の容量可変型気体圧縮機がある（例えば特許文献１参照。）。この種の気体圧縮機では、吸入ポートから吸入室を経て圧縮機構本体の圧縮室内に吸入された気体は、この圧縮室で圧縮される。また、圧縮機構本体の前記圧縮室には、圧縮された気体の一部を該圧縮室から吸入室に案内する帰還通路が連通し、この帰還通路には該帰還通路の連通を断続するための電磁弁が設けられている。帰還通路が連通状態におかれると圧縮室内で圧縮された気体の一部が吸入室に戻される。また、帰還通路の連通が遮断されると、圧縮室内で圧縮された気体は吸入室に戻されることなく、その全てが吐出ポートから排出される。従って、この電磁弁の動作を制御することにより、帰還通路の連通を断続することができ、これにより、気体圧縮機の吐出容量の切換が可能となる。
実開昭５７−１２３９９１号公報

しかしながら、従来の前記気体圧縮機では、前記吐出容量の切換のための電磁弁を作動させる電力を気体圧縮機の外部から電磁弁に供給する必要があった。そのため、電力供給用として、気体圧縮機を駆動させる駆動源で作動する発電機が別途必要となった。

そこで、本発明の目的は、外部に発電機を必要とすることなく作動を制御し得る気体圧縮機を提供することにある。

本発明は、ハウジングと、駆動回転部を有し該駆動回転部の回転により気体を圧縮すべく前記ハウジング内に収容された圧縮機構と、前記圧縮機構の作動を制御する電動部とを備える気体圧縮機において、前記駆動回転部と前記ハウジングとの間に、前記駆動回転部の回転によって前記電動部のための電力を生成する発電機構を組み込んだことを特徴とする。

本発明によれば、気体の圧縮動作のために駆動回転部が回転されると、この駆動回転部とハウジングとの間に組み込まれた発電機構で電力が生成されることから、この電力で前記電動部を作動させることができる。従って、電動部を作動させるための従来のような外部電力供給源が不要となり、この電力供給源として外部に発電機を設定する必要が無くなることから、またこの外部電力供給源から電力を供給する必要がないので、気体圧縮機の電力消費量の削減が可能となることから、大きなコスト削減が可能となる。

前記圧縮機構が容量可変型気体圧縮機である場合、電動部である吐出容量切換用電磁弁を前記発電機構からの電力で作動させることができる。

前記回転駆動部に、駆動源からの駆動力を伝達する伝動ベルトが巡るプーリを前記ハウジングの外面に対向して該ハウジングの外部に配置し、このプーリの回転軸線を前記回転駆動部の回転軸線に一致して設けることができる。この場合、前記発電機構は、前記プーリの前記ハウジングに対向する部分に、前記駆動回転部の回転軸線を取り巻く周方向へ異磁極を交互に配列された複数の磁石と、前記プーリの回転と一体的に前記回転軸線の回りに回転する前記磁石の磁気相互作用により電力を生成すべく前記ハウジングの前記外面に前記複数の磁石の各異磁極面から間隔をおいて支持された界磁コイルとで構成することができる。

前記発電機構を交流発電機構とし、前記電動部は直流電力により動作する電動部とすることができ、この場合、前記交流発電機構からの電力は整流器を経て前記電動部に供給される。

前記圧縮機構には、前記駆動回転部の作動により、前記ハウジングに形成された吸入ポートから吸入した気体を圧縮するための圧縮室と、該圧縮機構の圧縮行程中に前記圧縮室から一部の圧縮気体を前記吸入ポートへ向けて案内する帰還通路とを有する圧縮機構を採用することができる。前記電動部は、前記ハウジングに形成された吐出ポートから排出される圧縮気体についての前記圧縮機構の吐出容量の切換のために前記帰還通路の連通を断続するための電磁弁で構成することができる。

また、前記圧縮機構は、前記圧縮室のためのシリンダ室を規定するシリンダと、前記シリンダ室内に回転可能に配置され、前記駆動回転部を構成するロータとを有し、該ロータの回転に伴ってベーンが前記シリンダ室の壁面を摺動すべく前記ベーンがロータに保持され、前記ベーンによって前記シリンダ室内がその周方向へ区画されて前記圧縮室が形成されるベーンロータリー式気体圧縮機構で構成することができる。

本発明に係る気体圧縮機によれば、前記したように、電動部を作動させるための従来のような外部電力供給源が不要となり、この電力供給源として外部に発電機を設ける必要は無く、またこの外部電力供給源から電力を供給する必要がないので、気体圧縮機の電力消費量の削減が可能となることから、大きなコスト削減が可能となる。

本発明が特徴とするところは、図示の実施例に沿っての以下の説明により、さらに明らかとなろう。

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用いられ、図示しないが、この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、膨張弁および蒸発器等と共に、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に示すように、全体に円筒状のハウジング１１と、該ハウジング内に収容された圧縮機構１２とを備える。ハウジング１１は、一端開放のハウジング本体１１ａおよび該ハウジング本体の開放端を閉鎖するフロントハウジング部材１１ｂを有する。フロントハウジング部材１１ｂには前記蒸発器に接続される吸入ポート１３が形成されており、ハウジング本体１１ａには前記凝縮器に接続される吐出ポート１４が形成されている。

圧縮機構１２は、従来よく知られた同芯型のベーンロータリー式の圧縮機構である。ベーンロータリー式の圧縮機構１２は、シリンダ１５を備える。シリンダ１５は、両端開放のシリンダ部材１５ａと、該シリンダ部材の各開放端を気密的に閉鎖する一対の端壁部材であるフロントサイドブロック１５ｂおよびリアサイドブロック１５ｃとで構成されている。このシリンダ１５により、図２に示すような楕円の横断面形状を有するシリンダ室１６が規定されている。

シリンダ室１６内には、回転軸１７ａを有する円柱状のロータ１７が収容されている。ロータ１７の回転軸１７ａは、図１に示すように、その中心軸線をシリンダ室１６のそれに一致させて配置され、フロントサイドブロック１５ｂおよびリアサイドブロック１５ｃに形成された各滑り軸受面１８ａ、１８ｂで回転可能に支承されている。

回転軸１７ａは、フロントサイドブロック１５ｂを貫通して該フロントサイドブロックの外方へ伸長する。この回転軸１７ａには、その伸長端に設けられた従来よく知られたプーリ１９が、環状ベアリング１９ａを介して、その回転軸線を回転軸１７ａのそれに一致させて固定されている。プーリ１９には、エンジンの回転軸とプーリ１９とを巡る伝動ベルト２０ａを経て、車両のエンジンの回転力が伝達可能であり、このエンジンの回転力によってプーリ１９が回転すると、回転軸１７ａと一体にロータ１７が一方向へ駆動回転される。回転軸１７ａには、大気側への冷媒ガス及び潤滑油の漏れを防止するための従来と同様な環状シール機構２０ｂが設けられている。

ロータ１７には、図２に示すように、複数のベーン溝２１が形成されている。各ベーン溝２１内には、ベーン２２が摺動可能にかつロータ１７の周方向へ突出可能に収容されている。各ベーン２２は、各ベーン溝２１の底部に形成された背圧室２１ａに供給される潤滑油の圧力を受けることにより、ロータ１７の回転に伴いシリンダ室１６の壁面を摺動する。

シリンダ室１６は、ロータ１７に保持されたベーン２２によってロータ１７の周方向へ区画され、これにより、各圧縮室１６ａに分割されている。各圧縮室１６ａは、従来よく知られているように、ロータ１７の回転に伴なう吸入行程および圧縮行程でそれぞれ容積の増大および減少を繰り返す。

シリンダ室１６の両端径部近傍には、各圧縮室１６ａに冷媒を吸入するための一対の吸入口２３ａ、２３ｂが開放する。図１には、これら一対の吸入口２３ａ、２３ｂが現れていないが、各吸入口２３は、フロントハウジング部材１１ｂとフロントサイドブロック１５ｂとの間に形成された吸入室２７（図１参照）に連通することから、吸入ポート１３に導かれた気体は、この吸入室２７を経て一対の吸入口２３ａ、２３ｂに案内される。

また、シリンダ室１６の両短径部近傍には、図２に示すように、各圧縮室１６ａで圧縮された冷媒を該圧縮室から吐出するための一対の吐出口２４が開放する。シリンダ室１６の短径から見て、ロータ１７の回転方向（図２では時計方向）の側へ偏倚した位置にはシリンダ室１６の径方向に整列して前記した各吸入口２３（２３ａ、２３ｂ）が配置され、また、ロータ１７の回転方向と逆方向（図２では反時計方向）の側へ偏倚した位置に各吐出口２４がシリンダ室１６の径方向に整列して配置されている。各吐出口２４には、圧縮室１６ａから排出される冷媒の逆流を阻止する従来よく知られた吐出弁２５ａおよび該吐出弁の過大な変形を阻止する弁サポート２５ｂが設けられている。

各吐出口２４は、吐出弁２５ａを経て、図１に示すように、リアサイドブロック１５ｃに設けられた油分離器２６に連通する。

本発明に係る気体圧縮機１０では、前記エンジンの回転力がプーリ１９を経て回転軸１７ａに伝えられると、該回転軸と一体に駆動回転部であるロータ１７が回転する。ロータ１７が回転すると、ロータ１７の回転に伴ってこれに保持された各ベーン２２がシリンダ室１６を摺動する。ベーン２２の摺動によって容積を増大する圧縮室１６ａには吸引力が作用する。

この圧縮室１６ａに作用する吸引力により、吸入行程では、図２に示す各吸入口２３ａ、２３ｂを経て対応する各圧縮室１６ａに冷媒が吸入される。引き続くロータ１７の回転により、吸入行程にある圧縮室１６ａがその容積を減少させる圧縮行程に移行すると、圧縮室１６ａ内の冷媒が圧縮される。圧縮行程中の圧縮室１６ａ内の冷媒圧力が所定値を越えると、吐出口２４から吐出弁２５ａを経て圧縮室１６ａから圧縮冷媒が油分離器２６へ向けて排出され、図１に示すように、ハウジング１１内の圧縮機構１２の背面側で該圧縮機構のリアサイドブロック１５ｃとハウジング本体１１ａとの間に形成された高圧室２８内の油分離器２６に案内され、さらに、該油分離器を経て高圧室２８内に吐出される。高圧室２８で脈動成分を除去された冷媒は、ハウジング１１に形成された吐出ポート１４を経て、前記凝縮器に圧送される。

油分離器２６で冷媒から分離された潤滑油は、高圧室２８の底部に形成された油貯め２９から、潤滑油に混入した異物をフィルタ２９ａで除去された後、高圧室２８の吐出圧力により、従来と同様な油供給路３０（図面の簡素化のためにその一部が示されている。）を経て、前記した滑り軸受面１８ａ、１８ｂおよびこれらに関連してフロントサイドブロック１５ｂおよびリアサイドブロック１５ｃの内面に形成された従来よく知られた油貯め用の凹所３１ａ、３１ｂに供給される。油貯め用凹所３１ａ、３１ｂに供給された潤滑油はベーン２２の背圧として前記した背圧室２１ａに供給される。

また、本発明に係る前記気体圧縮機１０には、ロータ１７の回転速度の変更を招くことなく前記した吐出ポート１４からの冷媒の吐出量を変更するために、図１に示すような容量変更手段３２が設けられている。

容量変更手段３２は、図１に示す例では、フロントサイドブロック１５ｂに形成された一対の帰還通路３３と、該各帰還通路の連通を断続する一対の弁機構３４とを備える。

各帰還通路３３の一端は、図１に示すように、フロントサイドブロック１５ｂの内面に形成されたリーク開口３３ａを経て圧縮室１６ａに連通し、また、帰還通路３３の他端は図中省略されているが、吸入室２７に連通する。

各弁機構３４は、油供給路３０および該供給路に連通するオリフィス４０ａが設けられた油案内通路４０を経て、その加圧室３４ａに油貯め２９から潤滑油の供給を受けると、帰還通路３３を遮断すべく弁体３５をリーク開口３３ａの閉鎖位置に保持する。

また、電磁バルブ４５が、弁機構３４の各加圧室３４ａと吸入室２７とを連通する通路４４に設けられ、該通路を開閉する電磁バルブ４５の開放動作によって加圧室３４ａの圧力が解除されると、弁体３５は圧縮室１６ａ内の圧縮ガスの圧力によりリーク開口３３ａの開放位置に作動される。

電磁バルブ４５は、図示の例では、通路４４の連通を断続するためのプランジャー４５ａと、該プランジャーを通路４４の閉鎖位置に向けて偏倚させるコイルスプリング（図示せず）のばね力に打ち勝って電磁バルブ４５を通路４４の開放位置に保持させるための電磁ソレノイド４５ｂとを備える。この電磁バルブ４５は、その電磁ソレノイド４５ｂへの非通電状態で、通路４４を遮断状態におき、他方、電磁ソレノイド４５ｂへの通電状態で通路４４を連通させる。

従って、電磁バルブ４５の電磁ソレノイド４５ｂへの非通電状態すなわち電磁バルブ４５の非作動状態では、加圧室３４ａに供給される潤滑油の圧力によりリーク開口３３ａが閉鎖状態に保持されることから、圧縮室１６ａ内の圧縮ガスが帰還通路３３を経て吸入室２７に戻されることはなく、気体圧縮機１０は、この圧縮ガスの戻りによる容量の低下を招くことなくその最大吐出量で動作する。

他方、電磁バルブ４５の電磁ソレノイド４５ｂへ通電することにより、すなわち電磁バルブ４５を作動することにより、加圧室３４ａの圧力が解除され、これによりリーク開口３３ａが開放されると、ベーン２２の摺動に伴う圧縮行程で一部の圧縮ガスは帰還通路３３を経て吸入室２７に戻され、ベーン２２がシリンダ室１６の周壁を摺動するに際し、リーク開口３３ａの位置を通過して実質的な圧縮行程が開始されることから、圧縮機構１２による吐出量が低減される。

これにより、電磁バルブ４５の電磁ソレノイド４５ｂへの電力の供給のオンオフ操作に応じて、気体圧縮機１０の容量の切り換えがなされる。

この容量切換用電磁バルブ４５の電磁ソレノイド４５ｂに電力を供給するための発電機構４６がプーリ１９とフロントハウジング部材１１ｂとの間に設けられている。

プーリ１９のフロントハウジング部材１１ｂに対向する内面には、プーリ１９の回転軸線を取り巻く環状の凹溝４７が形成されており、図１および図４に示すように、環状の凹溝４７の内周面４７ａには、それぞれの板厚方向に磁化された複数の永久磁石４８が、その板厚方向をプーリ１９の径方向に一致させかつ異磁極面を凹溝４７の周方向へ交互に配列させて、固定されている。また、フロントハウジング部材１１ｂには、コの字状のヨーク４９がその各端部を各永久磁石４８の磁極面に対応させかつ該磁極面から間隔をおくように、十字状に配置されており、それぞれのヨーク４９がフロントハウジング部材１１ｂに静的に支持されている。

各ヨーク４９の端部には、互いに直列的に結線された界磁コイル５０が巻き付けられており、プーリ１９の回転に伴う永久磁石４８の円形循環路に沿った循環によって各界磁コイル５０には、永久磁石４８との間の電磁相互作用によって交流電圧が励起される。従って、永久磁石４８およびヨーク４９に巻き付けられた界磁コイル５０は、前記した発電機構４６を構成する。

発電機構４６により発生した交流電力は、図示しない整流器を経て整流された後、電磁バルブ４５の電磁ソレノイド４５ｂに供給される。また、この電磁ソレノイド４５ｂへの電力の供給を制御するためのスイッチング回路（図示せず）が接続端子５１を介して、界磁コイル５０と電磁ソレノイド４５ｂとの間に挿入されている。

従って、前記スイッチング回路の動作に応じて、電磁ソレノイド４５ｂへの電力の供給をオン・オフすることができ、これにより、前記したように各弁機構３４の加圧室３４ａと吸入室２７とを連通する通路４４の連通を断続することができ、この通路４４の連通の断続により、加圧室３４ａの油圧を制御することができるので、各弁機構３４の弁体３５の作動を制御することができ、該弁体の作動によるリーク開口３３ａの開閉によって、気体圧縮機１０の容量の切換が可能となる。

本発明に係る前記気体圧縮機１０によれば、前記したように、容量切換制御用の電磁バルブ４５の電力がプーリ１９とフロントハウジング部材１１ｂとの間に組み込まれた発電機構４６から供給されるので、従来のような気体圧縮機１０とは別体の発電機を用いることなく、電磁バルブ４５を作動させることができる。

図１に示した例では、プーリ１９の凹溝４７の内周面４７ａに永久磁石４８を固定したが、これに代えて、図４に示すように、凹溝４７の底面４７ｂに永久磁石４８をその板厚方向が凹溝４７の底部の板厚方向に沿うように、異磁極面をプーリ１９の周方向へ交互に配列させることができる。この場合、フロントハウジング部材１１ｂに支持されるヨーク４９は、界磁コイル５０が巻き付けられた先端を永久磁石４８に対向させて配置される。

前記したところでは、楕円の横断面形状を有するシリンダ室が設けられた同芯型のベーンロータリー式容量可変型気体圧縮機の例について本発明を説明したが、本発明は、円形の横断面形状を有するシリンダ室が設けられる偏心型のベーンロータリー式容量可変型気体圧縮機あるいはスクロール式容量可変型気体圧縮機、その他の種々の気体圧縮機に適用することができる。

また、前記したところでは、弁機構３４の作動を制御する電磁バルブ４５に発電機構４６の電力を供給した例について説明したが、弁体３５を電動部である前記したと同様な電磁バルブにより直接的に作動させ、この弁体３５を直接的に作動させる電磁バルブに発電機構４６の電力を供給することができる。

さらに、発電機構４６の電力を気体圧縮機１０以外の機器の電動部に供給することができ、また発電機構として、交流発電機構に代えて、直流発電機構を用いることができる。

本発明に係る容量可変型気体圧縮機を示す縦断面図である。 図１に示す線II−IIに沿って得られた断面図である。 図１に示す線III-IIIに沿って得られた断面図である。 本発明に係る容量可変型気体圧縮機の他の例を部分的に示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 容量可変型気体圧縮機
１１ ハウジング
１２ 圧縮機構
１３ 吸入ポート
１４ 吐出ポート
１５ シリンダ
１６ シリンダ室
１６ａ 圧縮室
１７ （駆動回転部）ロータ
１９ プーリ
２２ ベーン
２３（２３ａ、２３ｂ） 吸入口
３２ 容量変更手段
３３ 帰還通路
３３ａ リーク開口
３４ 弁機構
４５ （電動部）電磁バルブ
４６ 発電機構
４８ 永久磁石
５０ 界磁コイル

Claims (6)

1. ハウジングと、駆動回転部を有し該駆動回転部の回転により気体を圧縮すべく前記ハウジング内に収容された圧縮機構と、前記圧縮機構の作動を制御する電動部とを備え、前記駆動回転部と前記ハウジングとの間には、前記駆動回転部の回転によって前記電動部のための電力を生成する発電機構が組み込まれていることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記電動部は前記圧縮機構の吐出容量切換用電磁弁である請求項１に記載の気体圧縮機。
3. 前記回転駆動部には、前記ハウジングの外面に対向して該ハウジングの外部に配置され、駆動源からの駆動力を伝達する伝動ベルトが巡るプーリがその回転軸線を前記回転駆動部の回転軸線に一致して設けられており、前記発電機構は、前記プーリの前記ハウジングに対向する部分に、前記駆動回転部の回転軸線を取り巻く周方向へ異磁極を交互に配列された複数の磁石と、前記プーリの回転と一体的に前記回転軸線の回りに回転する前記磁石の磁気相互作用により電力を生成すべく前記ハウジングの前記外面に前記複数の磁石の各異磁極面から間隔をおいて支持された界磁コイルとを有する請求項１に記載の気体圧縮機。
4. 前記発電機構は交流発電機構であり、前記電動部は直流電力により動作する電動部であり、前記交流発電機構からの電力は整流器を経て前記電動部に供給される請求項３に記載の気体圧縮機。
5. 前記ハウジングには、吸入ポート及び吐出ポートが形成され、前記圧縮機構は、前記駆動回転部の作動により、前記吸入ポートから吸入した気体を圧縮するための圧縮室と、該圧縮機構の圧縮行程中に前記圧縮室から一部の圧縮気体を前記吸入ポートへ向けて案内する帰還通路とを有し、前記電動部は、前記吐出ポートから排出される圧縮気体についての前記圧縮機構の吐出容量の切換のために前記帰還通路の連通を断続するための電磁弁である請求項４に記載の気体圧縮機。
6. 前記圧縮機構は、前記圧縮室のためのシリンダ室を規定するシリンダと、前記シリンダ室内に回転可能に配置され、前記駆動回転部を構成するロータとを有し、該ロータの回転に伴ってベーンが前記シリンダ室の壁面を摺動すべく前記ベーンがロータに保持され、前記ベーンによって前記シリンダ室内がその周方向へ区画されて前記圧縮室が形成されるベーンロータリー式気体圧縮機構である請求項５に記載の気体圧縮機。

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