WO2006106814A1 - ハイブリッド圧縮機 - Google Patents

Abstract

　外部駆動源のみにより駆動される第１圧縮機構および内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構と、被圧縮ガスの第１圧縮機構への吸入通路と、第１圧縮機構側から電動モータ側吸入室へガスを吸入する連通路と、電動モータ側吸入室から第２圧縮機構側へガスを吸入する吸入路とを備えたハイブリッド圧縮機において、電動モータ側吸入室に連通路を介して吸入されてきたガスの少なくとも一部に対し、連通路の電動モータ側吸入室への開口である連通口から、吸入路の電動モータ側吸入室での開口であり前記連通口とは反対側に位置する吸入口へのガス流れが形成されるよう、連通路または／および吸入路の位置または／および数、または／および、連通口または／および吸入口の位置または／および数を制限したハイブリッド圧縮機。この構造により、内蔵電動モータ部を、吸入ガスによってより広い範囲にわたって適切に冷却でき、モータ部の温度上昇を適切に抑制できる。

Description

明 細 書

ハイブリッド圧縮機

技術分野

[0001] 本発明は、車両用空調装置等に使用される、外部駆動源により駆動される第 1圧 縮機構と内蔵電動モータにより駆動される第 2圧縮機構とがー体的に組み込まれた ノ、イブリツド圧縮機に関し、とくに、モータ部をより効果的に冷却できるようにしたハイ ブリツド圧縮機の構造に関する。

背景技術

[0002] この種のハイブリッド圧縮機にっ 、て、各種の提案が行われてきた (例えば、特許 文献 1)。従来のハイブリッド圧縮機は、例えば図 1に示すような構造を有している。図 1に示したハイブリッド圧縮機 1はスクロール型の圧縮機カゝらなり、第 1圧縮機構 2と第 2圧縮機構 3とを備えている。第 1圧縮機構 2は、固定スクロール 10と、固定スクロー ル 10とかみ合って複数対の作動空間（流体ポケット） 12を形成する可動スクロール 1 1と、可動スクロール 11に係合して可動スクロール 11を旋回運動させる駆動軸 13と、 外部駆動源としての車両走行用の原動機（図示略)力 の駆動力がベルトを介して 伝達されるプーリ 14と駆動軸 13との間の駆動力伝達をオン、オフする電磁クラッチ 1 5と、可動スクロール 11の自転を阻止するボールカップリング 16と、ケーシング 17に 形成された吸入ポート 18とを備えている。吸入ポート 18から吸入通路 19を通して吸 入室 20へと吸入された被圧縮ガス (たとえば、冷媒ガス）は、作動空間 12内に取り込 まれ、作動空間 12が体積を減少させつつ固定スクロール 10の中心へ向けて移動さ れることにより、作動空間 12内の冷媒ガスが圧縮される。固定スクロール 10の中央部 には吐出穴 21が形成されており、圧縮された冷媒ガスは吐出穴 21、吐出通路 22、 吐出ポート 23を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出される。

[0003] 一方、第 2圧縮機構 3は、固定スクロール 30と、固定スクロール 30とかみ合って複 数対の作動空間（流体ポケット） 32を形成する可動スクロール 31と、可動スクロール 3 1に係合して可動スクロール 31を旋回運動させる駆動軸 33と、可動スクロール 31の 自転を阻止するボールカップリング 34とを備えて 、る。この第 2圧縮機構 3の駆動軸 33を駆動するために、電動モータ 35が内蔵されている。電動モータ 35は、駆動軸 3 3に固定された回転子 36と、モータコイル部を備えたステータ 37とを有しており、ステ ータ 37は、ステータハウジング 38に、または圧縮機ハウジングの一部として形成され たステータハウジング 38に固定されるとともに、電動モータ 35全体がステータハウジ ング 38内に収納されている。電動モータ 35へは、給電部 50を介して給電される。こ の第 2圧縮機構 3においては、吸入ポート 18から第 1圧縮機構 2の吸入室 20へと吸 入された被圧縮ガス (たとえば、冷媒ガス）が、連通路 39を通して第 2圧縮機構 3の吸 入室 40および電動モータ 35部分 (電動モータ側吸入室）に吸入され、第 2圧縮機構 3の吸入室 40に吸入されたガスは作動空間 32内に取り込まれ、作動空間 32が体積 を減少させつつ固定スクロール 30の中心へ向けて移動されることにより、作動空間 3 2内の冷媒ガスが圧縮される。固定スクロール 30の中央部には吐出穴 41が形成され ており、圧縮された冷媒ガスは吐出穴 41、吐出通路 42を介して外部冷媒回路の高 圧側へ流出される。

[0004] 第 1圧縮機構 2の固定スクロール 10と第 2圧縮機構 3の固定スクロール 30とは背中 合わせに配設されており、かつ、両固定スクロール 10、 30は一体ィ匕された固定スクロ 一ル部材 43として形成されている。この例では、この固定スクロール部材 43に連通 路 39が形成されている。

[0005] ノ、イブリツド圧縮機 1の第 1圧縮機構 2のみが稼働される場合には、第 2圧縮機構 3 を駆動する電動モータ 35には電力は供給されず、電動モータ 35は回転しない。従 つて第 2圧縮機構 3は作動しない。ハイブリッド圧縮機 1が電動モータ 35のみにより駆 動される場合には、電動モータ 35がオンされて回転し、電動モータ 35の回転が第 2 圧縮機構 3の駆動軸 33へ伝達され、駆動軸 33により可動スクロール 31が旋回駆動 される。このとき、第 1圧縮機構 2の電磁クラッチ 15には通電されず、第 1駆動源とし ての車両用原動機の回転は第 1圧縮機構 2へは伝達されない。従って第 1圧縮機構 2は作動しない。両圧縮機構 2、 3が同時駆動される場合には、車両用原動機からの 駆動力が第 1圧縮機構 2の可動スクロール 11に伝達されるとともに、電動モータ 35が オンされてその駆動力が第 2圧縮機構 3の可動スクロール 31に伝達される。

[0006] このように構成されたノ、イブリツド圧縮機 1においては、冷房負荷等に応じて、第 1 圧縮機構 2、第 2圧縮機構 3の切り替えや同時運転の制御が行われる。例えば、車室 内側で大きな冷房能力を必要としな 、軽負荷状態では、容量の小さ!/、モータ側（つ まり、第 2圧縮機構 3側)単独運転又は、モータ側に対し容量の大きい外部駆動源側 (つまり、第 1圧縮機構 2側）が低回転かつモータ運転する同時運転モードで運転さ れる。モータ運転は、例えば、専用の駆動制御回路力も指令に基づき、モータに高 電圧部からのパルス電圧を duty制御印加することにより、回転数を制御し運転される 。モータコイル部は抵抗をもっており、抵抗に電流が流れることになり、モータコイル 部では発熱する。冷媒がコイル部を通過する、或いは、モータコイル部からステータ ハウジング側へ伝熱し、ステータハウジングから大気等への放熱により、モータコイル 部が冷却されることになる。モータコイル部の温度は、前述の発熱量と放熱量のバラ ンスに依存し決定される。そして、モータ側 (第 2圧縮機構 3側)単独運転又は、第 1 圧縮機構 2側が低回転かつ第 2圧縮機構 3も運転する同時運転モードでは、モータ コイル部の発熱量が放熱量を上回る状況 (例えば、夏場の高速道路走行からパーキ ングエリアでのアイドル停車状態になった場合など)では、モータコイル部許容温度 を超えるおそれがあり、最悪の場合、モータの起動に支障を来すおそれもある。した がって、モータコイル部を含むモータ部は、許容温度を超えないように適切に冷却さ れる必要がある。

[0007] 上記のように、とくにモータ部の冷却性能向上の観点から、上記連通路を介して吸 入される冷媒を、電動モータ側吸入室へ吸入させ、そこ力 第 2圧縮機構 3の吸入室 40に吸入するようにした構造が知られている。例えば図 2に示すように、吸入通路 19 を介して第 1圧縮機構 2の吸入室 20に吸入される冷媒を、電動モータ側吸入室 51ま で延設した連通路 52 (図 1の連通路 39に対応する連通路）を介して電動モータ側吸 入室 51内に吸入させ、該冷媒がモータ 35近傍を通過することで該冷媒をモータ冷 却に使用し、そこ力も吸入路 53を介して第 2圧縮機構 3の吸入室 40に吸入させるよう にした構造である。

[0008] この図 2に示したような冷媒によるモータ部冷却構造においては、各部材は、例え ば図 3〜図 6に示すように構成されていた。図 3、図 4は、電動モータ側吸入室 51と第 2圧縮機構 3との間に設けられるセンタープレート 54の一例を示しており、このセンタ 一プレート 54に、電動モータ側吸入室 51への開口としての連通口 55を有する連通 路 52と、電動モータ側吸入室 51への開口としての吸入口 56を有する吸入路 53が設 けられている。連通口 55および吸入口 56は、図 4に示すように、ほぼ全周にわたるよ うに配設されている。

[0009] また、図 5、図 6は、第 1圧縮機構 2の固定スクロールと第 2圧縮機構 3の固定スクロ ールが背中合わせに一体に構成された固定スクロール部材 57の一例を示しており、 この固定スクロール部材 57に、図 6に示すように、周方向にわたって連通路 52が設 けられている。なお、図 6における符号 58は、周方向に 4箇所設けられたボルト穴を 示している。

[0010] ところが、図 3〜図 6に示すような構成を有する従来のハイブリッド圧縮機において は、図 2に矢印で示すように、第 1圧縮機構 2の吸入室 20側から連通路 52、連通口 5 5を通して電動モータ側吸入室 51に吸入された冷媒ガスは、その連通口 55に対し最 短の位置にある吸入口 56へと吸入されやすぐそこから吸入路 53を介して第 2圧縮 機構 3の吸入室 40に吸入される。したがって、これら連通口 55、吸入口 56から離れ た位置では、電動モータ側吸入室 51内において冷媒ガスが滞ってしまうおそれがつ た。その結果、これら連通口 55、吸入口 56から離れた位置にあるモータ部分は吸入 ガスで十分に冷却されなくなり、過熱するおそれがあった。

特許文献 1：特開 2004— 278389号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] そこで本発明の課題は、内蔵電動モータ部を吸入ガスにより、より広い範囲にわた つてより適切に冷却でき、モータ部の温度上昇をより適切に抑制可能な、さらに、そ れによってモータの運転可能範囲の拡大も可能なノ、イブリツド圧縮機の構造を提供 することにある。

課題を解決するための手段

[0012] 上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド圧縮機は、外部駆動源のみ により駆動されるスクロール型の第 1圧縮機構および内蔵電動モータのみにより駆動 されるスクロール型の第 2圧縮機構と、被圧縮ガスの第 1圧縮機構への吸入通路と、 第 1圧縮機構側から電動モータ側吸入室へガスを吸入する連通路と、電動モータ側 吸入室力ゝら第 2圧縮機構側へガスを吸入する吸入路とを備えたハイブリッド圧縮機に ぉ 、て、前記電動モータ側吸入室に前記連通路を介して吸入されてきたガスの少な くとも一部に対し、前記連通路の前記電動モータ側吸入室への開口である連通口か ら、前記吸入路の前記電動モータ側吸入室での開口であり前記連通口とは反対側 に位置する吸入口へのガス流れが形成されるよう、前記連通路または Zおよび前記 吸入路の位置または Zおよび数、または Zおよび、前記連通口または Zおよび前記 吸入口の位置または Zおよび数を制限したことを特徴とするものからなる。

[0013] このハイブリッド圧縮機においては、上記連通口力 上記電動モータ側吸入室にお V、て一方側の位置にのみ設けられており、上記吸入口が上記電動モータ側吸入室 にお 、て前記一方側の位置とは反対側の位置にのみ設けられて 、る構成とすること ができる。

[0014] また、上記連通路と前記連通口および前記吸入路と前記吸入口が、それぞれ複数 設けられて 、る構成とすることができる。

[0015] また、上記電動モータ側吸入室と前記第 2圧縮機構との間にセンタープレートが設 けられており、該センタープレートに上記連通口および上記吸入口が形成されている 構成とすることちでさる。

[0016] また、上記第 1圧縮機構の固定スクロールと上記第 2圧縮機構の固定スクロールが 共通の固定スクロール部材に一体的に形成されており、該固定スクロール部材に上 記連通路の一部が形成されている構成とすることもできる。

[0017] なお、上記外部駆動源としては、車両走行用の原動機（内燃機関等のエンジン、電 気自動車等の場合の車両走行用電動機の両方を含む)を適用できる。また、上記被 圧縮ガスとしては冷媒を使用できる。

[0018] 上記のような本発明に係るハイブリッド圧縮機においては、電流印加に伴う発熱に より内蔵電動モータ、とくにそのコイル部に温度上昇が生じる際、モータ部の過大な 温度上昇が次のように適切に抑制される。すなわち、前述したような従来構造では、 電動モータ側吸入室への連通口から最短距離に位置する吸入口へと吸入ガスが流 れやす力つたため、両口力 離れた位置にあるモータ部分では吸入ガスが滞りやす く該モータ部分が冷却されに《なって、過熱するおそれがあった。しかし本発明で は、連通路、とくに連通口と、吸入路、とくに吸入口とを互いに反対側に位置するよう に配置することにより、連通口から吸入口へと流れる吸入ガスが必然的に滞ることなく 広い範囲にわたって流れることとなり、モータが広い範囲にわたって良好に冷却され て、過熱の発生が防止される。また、モータが広い範囲にわたって適切に冷却される 結果、モータの運転可能範囲も拡大されることになる。

発明の効果

[0019] このように、本発明に係るハイブリッド圧縮機によれば、冷却用の吸入ガスを滞るこ となく電動モータ側吸入室内の広い範囲にわたって流すことができ、モータを全体に わたって適切に冷却して、モータ運転時におけるモータの温度上昇を低く抑えること ができる。したがって、モータ過熱に伴う不都合の発生を回避できるとともに、モータ の運転可能範囲を拡大することができる。 図面の簡単な説明

[0020] [図 1]従来のハイブリッド圧縮機の縦断面図である。

[図 2]従来のハイブリッド圧縮機におけるモータ部の冷却構造の一例を示す概略縦 断面図である。

[図 3]図 2の構造におけるセンタープレートの一例を示す概略縦断面図である。

[図 4]図 3のセンタープレートの連通口および吸入口の配置の一例を示す正面図で ある。

[図 5]図 2の構造における固定スクロール部材の一例を示す概略縦断面図である。

[図 6]図 5の固定スクロール部材の連通路の配置の一例を示す正面図である。

[図 7]本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機の冷却構造の一例を示す概略 縦断面図である。

[図 8]図 7の構造における固定スクロール部材の連通路の配置の一例を示す正面図 である。

[図 9]図 7の構造におけるセンタープレートの連通口および吸入口の配置の一例を示 す正面図である。

符号の説明 ノ、イブリツド圧縮機 第 1圧縮機構

第 2圧縮機構

固定スクロール

可動スクローノレ 駆動軸

プーリ

電磁クラッチ

ボールカップリング 吸入ポート

吸入通路

吸入室

吐出穴

吐出通路

吐出ポート

固定スクロール

可動スクローノレ 駆動軸

ボールカップリング 電動モータ

回転子

モータコイル部（ステータ) ステータハウジング 第 1の連通路

吸入室

吐出穴

吐出通路

固定スクローノレ部材 50 給電部

51 電動モータ側吸入室

52 連通路

53 吸入路

61 連通路

62 連通口

63 吸入路

64 吸入口

65 固定スクロール部材

66 連通路、連通口が設けられて 、な 、部位

67 センタープレート

68 吸入口

69 吸入路

70 吸入口、吸入路が設けられていない部位

発明を実施するための最良の形態

[0022] 以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。

図 7は、本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機の構成を、前述の図 2に対 応させた形で示したものである。図 7に示したハイブリッド圧縮機の基本構成は、図 1 、図 2に示した構成に準じるので、図 1、図 2に示した部位と実質的に同一の構成を 有する部位には、図 1、図 2と同一の符号を付すことにより説明を省略する。以下、図 1、図 2に示した構成とは異なる点を主体に説明する。なお、図 7における矢印は、モ ータ運転時における冷媒ガスの流れの一例を示している。

[0023] 図 7において、図 2に示した構造と異なるところは、吸入通路 19から第 1圧縮機構 2 の吸入室 20に吸入された被圧縮ガス (本実施態様では、圧縮前の低温の冷媒ガス） を電動モータ側吸入室 51へと吸入させる連通路 61または Zおよびその電動モータ 側吸入室 51への開口である連通口 62、または Zおよび、電動モータ側吸入室 51か ら第 2圧縮機構 3の吸入室 40への冷媒ガスの吸入路 63または Zおよびその電動モ ータ側吸入室 51への開口である吸入口 64力 電動モータ側吸入室 51内にお ヽて 互いに離れた位置に、とくに、互いに反対側の位置にそれぞれ配置されていることで ある。

[0024] 例えば図 8に、前述の図 6に対応させて、本実施態様における固定スクロール部材 65の一例を示すように、図 8における上側のみに連通路 61が設けられており、図 8に おける下側および横側であって、図 6にお 、ては連通路 52が設けられて 、た部位 6 6に対しては、連通路 61が設けられていない。つまり、図 6に示した連通路 52の配設 構造において、これらの部位 66では連通路 52を廃止したものである。この連通路 61 の配置に伴い、その電動モータ側吸入室 51への開口である連通口 62もまた、図 8に おける上側に対応する位置にのみ設けられ、部位 66に対応する位置には設けられ ない。

[0025] そして、例えば図 9に、前述の図 4に対応させて、本実施態様におけるセンタープレ ート 67の一例を示すように、図 9における下側のみに吸入口 68および吸入路 69が 設けられており、図 9における上側であって、図 4においては吸入口 56および吸入路 53力設けられて!/、た部位 70に対しては、吸入口 68および吸入路 69が設けられて!/ヽ ない。つまり、図 4に示した吸入口 56および吸入路 53の配設構造において、これら の部位 70では吸入口 56および吸入路 53を廃止したものである。

[0026] このように、電動モータ側吸入室 51に対し、とくに連通口 62と吸入口 68の位置また は Zおよび数を制限し、とくに互いに反対側に位置させることにより、連通口 62から 吸入されて吸入口 68へと流れる電動モータ側吸入室 51内の冷媒ガスの流れは、図 7に示したように、滞ることなぐ広い範囲にわたって流れることとなる。

[0027] その結果、モータ 35は全体にわたって適切に冷却され、モータ運転時におけるモ ータ 35の温度上昇を低く抑えることができる。したがって、モータ過熱に伴う不都合 の発生を回避できるとともに、モータの運転可能範囲を拡大することができる。

産業上の利用可能性

[0028] 本発明は、第 1圧縮機構と第 2圧縮機構が一体的に組み込まれ、第 2圧縮機構を 内蔵電動モータで駆動するようにしたあらゆるハイブリッド圧縮機に適用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 外部駆動源のみにより駆動されるスクロール型の第 1圧縮機構および内蔵電動モ ータのみにより駆動されるスクロール型の第 2圧縮機構と、被圧縮ガスの第 1圧縮機 構への吸入通路と、第 1圧縮機構側から電動モータ側吸入室へガスを吸入する連通 路と、電動モータ側吸入室から第 2圧縮機構側へガスを吸入する吸入路とを備えた ノ、イブリツド圧縮機にぉ 、て、前記電動モータ側吸入室に前記連通路を介して吸入 されてきたガスの少なくとも一部に対し、前記連通路の前記電動モータ側吸入室へ の開口である連通口から、前記吸入路の前記電動モータ側吸入室での開口であり 前記連通口とは反対側に位置する吸入口へのガス流れが形成されるよう、前記連通 路または Zおよび前記吸入路の位置または Zおよび数、または Zおよび、前記連通 口または Zおよび前記吸入口の位置または Zおよび数を制限したことを特徴とする ノ、イブリツド圧縮機。

[2] 前記連通口力 前記電動モータ側吸入室にぉ 、て一方側の位置にのみ設けられ ており、前記吸入口が前記電動モータ側吸入室にぉ 、て前記一方側の位置とは反 対側の位置にのみ設けられて 、る、請求項 1に記載のノ、イブリツド圧縮機。

[3] 前記連通路と前記連通口および前記吸入路と前記吸入口が、それぞれ複数設け られて ヽる、請求項 1に記載のノ、イブリツド圧縮機。

[4] 前記電動モータ側吸入室と前記第 2圧縮機構との間にセンタープレートが設けられ ており、該センタープレートに前記連通口および前記吸入口が形成されている、請求 項 1に記載のハイブリッド圧縮機。

[5] 前記第 1圧縮機構の固定スクロールと前記第 2圧縮機構の固定スクロールが共通 の固定スクロール部材に一体的に形成されており、該固定スクロール部材に前記連 通路の一部が形成されて!、る、請求項 1に記載のハイブリッド圧縮機。

[6] 前記外部駆動源が車両走行用の原動機力もなる、請求項 1に記載のハイブリッド圧 縮機。

[7] 前記被圧縮ガスが冷媒カもなる、請求項 1に記載のハイブリッド圧縮機。