JP4596186B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電力を得てトルクを発生する電動モータと流体を吸入圧縮する圧縮機とが一体化された電動圧縮機に関するもので、高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力を越える超臨界冷凍サイクルに用いて有効である。

電動圧縮機の構造は、例えば特許文献１に記載のごとく、ステータおよびロータを有して構成された電動モータ部と、この電動モータ部（ロータ）から軸方向にずれた位置にて、ロータより駆動力を得て可動する可動スクロール等の可動部、およびハウジングに対して固定した固定スクロール等の固定部を有して構成された圧縮機構部とを備えている。
特開平９−１１２４５８号公報

ところで、近年、脱フロン対策の１つとして、二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒とする冷凍サイクル（以下、ＣＯ_２サイクルと呼ぶ。）のごとく、高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力を越える超臨界冷凍サイクルの研究が行われている。そして、ＣＯ_２サイクルでは、従来のフロンを冷媒とする冷凍サイクル（以下、通常冷凍サイクルと呼ぶ。）に比べて、冷凍サイクル内を循環する冷媒の体積流量が小さくなるので、圧縮機構の吐出容量（吐出体積）を小さくすることができ、圧縮機構の小型化を図ることができるということを発明者等は発見した。

一方、高圧側の圧力が通常冷凍サイクルに比べて高くなり、圧縮機構部（可動部）を駆動するトルクを大きくせざるを得ないので、電動モータ部の大型化を招くおそれが高い。本発明は、上記点に鑑み、電動モータ部と圧縮機構とが一体化された電動圧縮機の小型化を図ることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜７に記載の発明では、第２ハウジングの前記電動モータ部側の面から第１ハウジング内の前記電動モータ部側に向かって突出して立設され、外側が傾斜した傾斜面をなすボス部を備え、第２ハウジング部の圧縮機構部側は、可動部と接触しており、可動部に作用する圧縮反力のうちロータの回転軸方向と平行な方向に作用するスラスト力を受けるスラスト受け面をなし、両軸受のうち圧縮機構側の第１軸受は、ボス部内に配置され、ステータの圧縮機構部側のコイルエンドの内周面が、ボス部の外周と平行となるように傾斜した傾斜面を有することにより、第１軸受がステータ内に位置しており、ボス部の傾斜面は、圧縮機構側となるにつれて外側になるように傾斜しており、ステータが、第２ハウジングによって覆われる、前記第１ハウジング内の空間に納められていることを特徴とする。これにより、上記公報に記載のごとく、圧縮機構部を電動モータ部から軸方向にずれた位置に配設した電動圧縮機に比べて、電動圧縮機の軸方向（ロータシャフト（１２５）方向）の寸法を小さくすることができる。

なお、第１軸受は、請求項２に記載のごとく、針状コロ軸受とすることが望ましい。また、第２軸受は、請求項３に記載のごとく、スラスト荷重を受けることができるラジアル軸受とすることが望ましい。

（第１実施形態）本実施形態は、本発明に係る電動圧縮機１００をＣＯ ２サイクル用の圧縮機に適用したものであって、図１は本実施形態に係る電動圧縮機１０１の軸方向断面図である。

図１中、１１１は後述する電動モータ部１２０を収納する略コップ状の第１ハウジングであり、１１２は第１ハウジング１１１の開口側を覆う第２ハウジングであり、両ハウジング１１１、１１２はアルミダイキャストである。なお、以下、両ハウジング１１１、１１２を総称してハウジング１１０と表記する。また、ハウジング１１０内には、交流電力によりトルクを発生する交流電動モータ部（以下、モータと略す。）１２０が構成されており、第２ハウジング１１２を挟んでモータ１２０と反対側には、ＣＯ_２（流体）を吸入圧縮するスクロール型圧縮機構部（以下、圧縮機構と略す。）１３０が構成されている。

次に、モータ１２０について述べる。１２１は、ハウジング１１０に対して固定された、けい素鋼板等の磁性材料製の固定子鉄心（ヨーク）であり、１２２は固定子鉄心１２１に巻き付けられた巻線（コイル）であり、この巻線１２２および固定子鉄心１２１等からステータ１２３が構成されている。

また、１２４は複数個の永久磁石を有して構成されるとともに、ステータ１２３内で回転するロータであり、１２５はロータ１２４を支持するロータシャフトである。なお、ロータシャフト１２５は、軸受１２６、１２７を介してハウジング１１０内に回転可能に支持されている。次に、圧縮機構１３０について述べる。

１３１はロータ１２４より回転駆動される可動スクロール（可動部）であり、この可動スクロール１３１は、周知のごとく、略円盤状の端盤部１３１ａおよび端盤部１３１ａから突出する渦巻き状のスクロール歯部１３１ａから構成されている。そして、可動スクロール１３１は、端盤部１３１ａの略中央に形成れたボス部１３１ｃにて、ロータシャフト１２５の一端側（紙面右側）に形成されたクランク部（偏心部）１２５ａに、シェル型（内輪を持たないタイプ）の針状コロ軸受（ニードルベアリング）１２５ｂを介して連結されている。

なお、クランク部１２５ａは、ロータシャフト１２５の回転中心から径外方側に偏心した位置に形成されている。１３２はハウジング１１０（第２ハウジング１１２）に対して固定された固定スクロール（シェル）であり、この固定スクロール１３２には、可動スクロール１３１のスクロール歯部１３１ｂに噛み合って、ＣＯ_２を吸入圧縮する作動室Ｖ_Ｃを構成する渦巻き状のスクロール歯部１３２ａが形成されている。

また、１３３は作動室Ｖ_Ｃから吐出した冷媒を平滑化する吐出室であり、この吐出室１３３は固定クロール１３２およびリアハウジング１３４により形成されている。なお、１３５は吐出室１３３から作動室Ｖ_Ｃ側にＣＯ_２が逆流することを防止するリード弁状の吐出弁であり、１３６は吐出弁１３５の最大開度を規制するストッパである。

また、１３７は可動スクロール１３１がクランク部１２５ａ周りに自転することを防止する周知の自転防止機構であり、この自転防止機構１３７は、固定スクロール１３２に圧入されたピン１３７ａ、及び可動スクロール１３１（端盤部１３１ａ）に形成されてピン１３７ａが貫通挿入される貫通穴１３７ｂを有して構成されている。このため、可動スクロール１３１は、ロータシャフト１２５の回転と共に自転せずにロータシャフト１２５周りを公転（旋回）することとなる。

なお、本実施形態では、ピン１３７ａの外周面と貫通穴１３７ｂの内周面とが直接に接触して摺動することを防止するカラー１３７ｃが貫通穴１３７ｂに圧入されている。そして、図１から明らかなように、本実施形態では、クランク部１２５ａ、及び両軸受１２６、１２７は、ステータ１２３のコイルエンド部１１２ａ内に位置し、一方、自転防止機構１３７はステータ１２３外に位置している。

なお、コイルエンド部１１２ａとは、ステータ１２３のうち固定子鉄心部１２１からロータシャフト１２５の軸方向端部側に向けてずれた位置（固定子鉄心部１２１からはみ出した巻線１２２の部位）を言う。ところで、１２８は可動スクロール１３１が公転する際に、ロータシャフト１２５と一体的に回転することにより、ロータシャフト１２５に作用する遠心力を相殺する環状のバランサリングであり、軸受１２６はバランサリング１２８の外周面に配設された状態でロータシャフト１２５を回転可能に支持している。

また、可動クロール１３１に作用する圧縮反力のうちロータシャフト１２５と平行な方向のスラスト力Ｆ_Ｓは、第２ハウジング１１２のうち可動スクロール１３１との接触面（以下、この接触面をスラスト受け面と呼ぶ。）１１２ａにて受けており、このスラスト受け面１１２ａ（スラスト受け部）は、自転防止機構１３７と同様に、ステータ１２３外に位置している。

このため、可動スクロール１３１が公転すると、可動スクロール１３１はスラスト受け面１１２ａに接触しながら摺動し、スラスト受け面１１２ａ（第２ハウジング１２）からスラスト力Ｆ Ｓに対抗する力（反作用）を受けることとなる。次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施形態によれば、可動スクロール１３１の一部であるクランク部１２５ａとの連結部分（ボス部１３１ｃ）および両軸受１２６、１２７が、ステータ１３２内のうちコイルエンド部１１２ａに対応する部位に位置しているので、上記公報に記載のごとく、圧縮機構部を電動モータ部から軸方向にずれた位置に配設した電動圧縮機に比べて、電動圧縮機１０１の軸方向（ロータシャフト１２５方向）の寸法を小さくすることができる。

また、本実施形態では、軸受１２６はバランサリング１２８の外周面に配設された状態でロータシャフト１２５を回転可能に支持しているので、軸受１２６がロータシャフト１２５を直接に支持した場合に比べて、少なくとも軸受１２８の厚みｔ（図１参照）分は、軸方向寸法を小さくすることができる。また、軸受１２５がステータ１２３内のうちコイルエンド部１１２ａに対応する部位に位置しているので、電動圧縮機１０１の軸方向寸法を小さくすることができる。

ところで、ＣＯ_２サイクル等の超臨界冷凍サイクルでは、前述のごとく、圧縮機構１３０の吐出容量（吐出体積）を小さくすることができるので、自転防止機構１３７およびスラスト受け面１１２ａも含めて、圧縮機構１３０全体をコイルエンド１２２ａ内に配設することが可能であることを発明者等は発見した。しかし、高圧側の圧力が高くなることに伴って圧縮反力が大きくなるので、スラスト受け面１１２ａが受けるスラスト力Ｆ_Ｓ、および可動スクロール１３１が自転しようとする力（トルク）に対抗してピン１３７ａがその径方向に受けるラジアル力（せん断力）Ｆ_Ｒも大きくなる。

したがって、自転防止機構１３７およびスラスト受け面１１２ａも含めて、圧縮機構１３０全体をコイルエンド１２２ａ内に配設すると、スラスト受け面１１２ａの面積が縮小してスラスト受け面１１２ａの面圧（応力）、およびクランク部１２５ａからピン１３７ａまでの距離が縮小してピン１３７ａが受けるラジアル力Ｆ_Ｒが過度に上昇してしまい、スラスト受け面１１２ａおよびピン１３７ａ（自転防止機構１３７）が破損する可能性がある。

これに対して、本実施形態では、スラスト受け面１１２ａおよびピン１３７ａ（自転防止機構１３７）がステータ１２３外に位置しているので、スラスト受け面１１２ａの面積、およびクランク部１２５ａからピン１３７ａまでの距離を拡大することができる。したがって、スラスト受け面１１２ａの面圧（応力）およびピン１３７ａが受けるラジアル力Ｆ_Ｒを小さくすることができるので、スラスト受け面１１２ａおよびピン１３７ａ（自転防止機構１３７）が破損することを防止できる。

ところで、超臨界冷凍サイクルに適用される電動圧縮機１０１は、圧縮機構１３０の駆動トルクが大きくなるので、通常冷凍サイクルに適用される電動圧縮機に比べて、モータ１２０の体格が大きくならざるを得ない。そこで、本実施形態では、クランク部１２５ａ（ボス部１３１ｃ）および両軸受１２６、１２７が、コイルエンド部１１２ａ内に配設することができる程度にモータ１２０の径寸法を拡大することにより、モータ１２０のトルクを増大させるとともに、クランク部１２５ａ（ボス部１３１ｃ）および両軸受１２６、１２７をコイルエンド部１１２ａ内に配設することにより、電動圧縮機１００の軸方向寸法の小型化を図っている。

つまり、本実施形態に係る電動圧縮機１０１では、クランク部１２５ａ（ボス部１３１ｃ）および両軸受１２６、１２７をコイルエンド部１１２ａ内に配設することにより、電動圧縮機１０の体格が必要以上に拡大することを防止しつつ、モータ１２０のトルクの増大を図ることができる。

（第２実施形態）図２は第２実施形態に係る電動圧縮機１００の断面図である。そして、本実施形態では、第２ハウジング１１２のモータ部１２０側には、モータ１２０側に向かって立設され、外側が傾斜した傾斜面をなすボス部を備えている。そして、第１軸受１２６ａは、該ボス部内に配置されている。また、圧縮機構１３０側のコイルエンド部１１２ａの内周面は、上記ボス部の外周と平行となるように傾斜した傾斜面を有している。これにより、ロータシャフト１２５（ロータ１２４）を回転可能に支持する第１、２軸受け１２６ａ、１２７ａのうち、圧縮機構１３０側の第１軸受１２６ａをシェル型の針状コロ軸受とするとともに、第１軸受１２６ａをコイルエンド部１２２ａ内に位置させている。一方、ロータ１２４を挟んで圧縮機構１３０と反対側に位置する第２軸受１２７ａをラジアル玉軸受としている。

なお、本実施形態では、第１軸受１２６ａは、バランサリング１２８を介さず、直接にロータシャフト１２５を支持しており、第２軸受１２７ａは、第１ハウジング１１１に圧入固定されている。因みに、本実施形態では、クランク部１２５ａと軸受１２５ｂとの間には、可動スクロール１３１がクランク部１２５ａに対して微少変位可能とするブッシング１２５ｃが配設されている。このため、可動スクロール１３１が旋回すると、可動スクロール１３１に作用する圧縮反力によって両スクロール歯部１３１ｂ、１３２ａの接触面圧が高まるため、作動室Ｖ_Ｃの密閉性が向上する。

また、ロータシャフト１２５のうち第２軸受１２７ａ側には、段付き部１２５ｄが形成されており、この段付き部１２５ｄによりロータシャフト１２５（ロータ１２４）は、第２軸受１２７ａ側（紙面左側）に向けて移動することが規制されている。一方、ロータシャフト１２５（ロータ１２４）が第１軸受１２６ａ側（紙面右側）に向けて移動することは、第２軸受１２７ａを挟んで段付き部１２５ｄと反対側に配設されたＣ型止め輪１２５ｅにより規制されている。

ところで、本実施形態では、ロータ１２４（の永久磁石）の着磁は、ロータ１２４をステータ１２３内に組み付けた状態でステータ１２３に通電することにより行っている。このため、本実施形態では、ロータ１２４を着磁する際に、ロータ１２４がステータ１２３に対して所定の位置に位置しているか否かを検査するための穴部１１１ａが第１ハウジング１１１に形成されている。

そこで、本実施形態では、Ｃ型止め輪１２５ｅは穴部１１１ａから挿入組み付けするとともに、Ｃ型止め輪１２５ｅを組み付けた後は、プラグ１１１ｂにより穴部１１１ｂを閉塞している。なお、プラグ１１１ｂに形成された雌ねじ部１１１ｃは、プラグ１１１ｂを抜く際に治具を挿入するためのものである。次に、本実施形態の特徴を述べる。

本実施形態によれば、第１軸受１２６ａがコイルエンド部１２２ａ（ステータ１２３）内に位置しているので、第１実施形態と同様に、電動圧縮機１００の軸方向寸法を小さくすることができる。また、第１軸受１２６ａを針状軸受としているので、通常のラジアル玉軸受等に比べて、軸受の外径寸法が小さくなる。したがって、ステータ１２３の外径寸法を拡大することなく、容易に第１軸受１２６ａをコイルエンド部１２２ａ（ステータ１２３）内に位置させることができる。

ところで、可動クロール１３１に作用する圧縮反力のうちロータシャフト１２５と平行な方向のスラスト力Ｆ_Ｓは、第１実施形態と同様に、スラスト受け面１１２ａで受けていると言えども、ロータ１２４にはスラスト荷重が作用する。このとき、第１軸受１２６ａは針状軸受であるため、一般的には、スラスト荷重を受けることができない。

しかし、本実施形態では、第２軸受１２７ａがラジアル玉軸受であるため、スラスト軸受に比べてば小さくものの、ある程度のスラスト荷重を受けることができる。したがって、第１軸受１２６ａを針状軸受としても、ロータ１２４の回転運動には支障はない。ところで、上述の実施形態では、スクロール型圧縮機構部を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ベーン型圧縮機構部等その他の圧縮機構部を有する電動圧縮機に対しても適用できる。

また、本発明に係る電動圧縮機１００は超臨界冷凍サイクルにその適用が限定されるものではなく、通常冷凍サイクルやその他の用途に対しても適用することができる。また、第２実施形態では、ロータ１２４を挟んで圧縮機構１３０と反対側に位置する第２軸受１２７ａはラジアル玉軸受であったが、第２実施形態はこれに限定されるものではなく、円錐コロ軸受等のその他スラスト荷重を受けることができるラジアル軸受であればよい。

また、第２実施形態では、第１軸受１２６ａをシュル型の針状軸受としたが、第２実施形態はこれに限定されるものではなく、その他の軸受であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る電動圧縮機の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電動圧縮機の断面図である。

符号の説明

１１０…ハウジング、１２０…交流電動モータ部、１２１…固定子鉄心部、１２２…巻線、１２３…ステータ、１２４…ロータ、１３０…圧縮機構部、１３１…可動スクロール（可動部）、１３２…固定スクロール（固定部）、１３７…自転防止機構、１１２ａ…スラスト受け面（スラスト受け部）。

Claims (7)

1. 第１ハウジングと、
   前記第１ハウジング内に設けられ、前記第１ハウジングに対して固定したステータ、並びに前記ステータ内で回転するロータを備える電動モータ部と、
   前記第１ハウジングの開口側を覆う第２ハウジングと、
   前記第２ハウジング内に収容され、前記ロータにより回転駆動される可動部、および前記第２ハウジングに対して固定した固定部を有し、流体を吸入圧縮する圧縮機構部と、
   前記ロータを回転可能に支持する第１、２軸受と、
   前記第２ハウジングの前記電動モータ部側の面から前記第１ハウジング内の前記電動モータ部側に向かって突出して立設され、外側が傾斜した傾斜面をなすボス部を備え、
   前記第２ハウジング部の前記圧縮機構部側は、前記可動部と接触しており、前記可動部に作用する圧縮反力のうち前記ロータの回転軸方向と平行な方向に作用するスラスト力を受けるスラスト受け面をなし、
   前記両軸受のうち前記圧縮機構側の前記第１軸受は、前記ボス部内に配置され、前記ステータの前記圧縮機構部側のコイルエンドの内周面が、前記ボス部の外周と平行となるように傾斜した傾斜面を有することにより、前記第１軸受が前記ステータ内に位置しており、
   前記ボス部の傾斜面は、前記圧縮機構側となるにつれて外側になるように傾斜しており、
   前記ステータが、前記第２ハウジングによって覆われる、前記第１ハウジング内の空間に納められていることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記第１軸受は、針状コロ軸受であることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記第２軸受は、前記ロータに作用する軸方のスラスト荷重を受けることができるラジアル軸受であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動圧縮機。
4. 前記第１軸受が、直接前記ロータのシャフトを支持していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の電動圧縮機。
5. 前記シャフトのうち、前記第２軸受側には、段付き部が形成され、この段付き部により前記シャフトは、前記第２軸受側に向けて移動することが規制されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の電動圧縮機。
6. 前記シャフトには、前記第２軸受を挟んで段付き部１２５ｄと反対側にＣ型止め輪が配設され、前記シャフトが第１軸受に向けて移動することが規制されていることを特徴とする請求項５に記載の電動圧縮機。
7. 高圧側の圧力が冷媒の臨界圧力を越える超臨界冷凍サイクルに適用されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の電動圧縮機。

Images