(57)【要約】【課題】モータコイル部の温度の過大上昇を確実に防止し、モータの耐久性を向上し得る、さらに、モータの運転範囲の拡大も可能なハイブリッド圧縮機の構造を提供する。【解決手段】外部駆動源により駆動される第１圧縮機構および内蔵電動モータ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圧縮機構から第２圧縮機構および電動モータへガスを供給する第１の連通路とを備えたハイブリッド圧縮機において、吸入通路に、該吸入通路を吸入ガスが通過することにより差圧を発生させる差圧発生手段を設けるとともに該差圧発生手段に連通する第２の連通路を設け、該第２の連通路の差圧発生手段とは反対側の端部を電動モータのコイル部近傍に位置させたことを特徴とするハイブリッド圧縮機。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項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圧縮機構から第２圧縮機構および電動モータへガスを供給する第１の連通路とを備えたハイブリッド圧縮機において、前記吸入通路に、該吸入通路を吸入ガスが通過することにより差圧を発生させる差圧発生手段を設けるとともに該差圧発生手段に連通する第２の連通路を設け、該第２の連通路の前記差圧発生手段とは反対側の端部を電動モータのコイル部近傍に位置させたことを特徴とするハイブリッド圧縮機。
【請求項２】
前記吸入通路が複数設けられ、該複数の吸入通路の少なくとも１つ以上に対して前記差圧発生手段が設けられている、請求項１に記載のハイブリッド圧縮機。
【請求項３】
前記第２の連通路が複数設けられている、請求項１または２に記載のハイブリッド圧縮機。
【請求項４】
前記第２の連通路の前記差圧発生手段とは反対側の端部における開口が複数設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
【請求項５】
前記差圧発生手段が前記吸入通路内に固定されている、請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
【請求項６】
前記差圧発生手段がベンチュリーからなる、請求項１〜５のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
【請求項７】
前記差圧発生手段に対し差圧可変手段が設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
【請求項８】
前記差圧可変手段として、ベンチュリーの絞り部の通路面積の可変手段が設けられている、請求項７に記載のハイブリッド圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【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圧縮機構とが一体的に組み込まれたハイブリッド圧縮機に関し、とくに、モータコイル部をより効果的に冷却できるようにしたハイブリッド圧縮機の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、この種のハイブリッド圧縮機について、各種の提案を行ってきた（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からなり、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１１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）から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１５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３１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とを備えている。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３３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部分に吸入され、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３２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は一体化された固定スクロール部材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】
ハイブリッド圧縮機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。従って第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ハイブリッド圧縮機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い軽負荷状態では、容量の小さいモータ側単独運転又は、モータ側に対し容量の大きい外部駆動源側（以下、「ベルト側」と言うこともある。）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から指令に基づき、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、モータ単独運転又は、ベルト側が低回転かつモータ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、とくにモータコイル部の冷却性能の観点から図１に示したような従来のハイブリッド圧縮機１の構造を見直してみると、例えば図２に示すような構造として表すことができる。例えば、ポートアダプタ４４に形成された吸入ポート１８からの冷媒は、固定スクロール部材４３に形成された吸入通路１９を通して第１圧縮機構２に吸入され、第１圧縮機構２側からは、ベルト側からモータ側へ連通するガス通路である第１の連通路３９を介して、電動モータ３５および第２圧縮機構３側へと冷媒が送られ、この冷媒によってモータ３５、とくにモータコイル部３７（ステータ部）が冷却されるようになっている。図２に示した構造では、第１の連通路３９は固定スクロール部材４３とセンタープレート４５とにわたって形成されており、冷媒は、ステータハイジング３８内に供給されたのち、センタープレート４５に形成された連通路４６を介して第２圧縮機構３側へ供給されるようになっている。モータコイル部３７は、コイル鉄心部４７と、絶縁カバー部としてのコイル樹脂部４８を備えており、この部分を通過する圧縮前の低温の冷媒によって冷却されるようになっている。モータコイル部３７冷却のために冷媒をステータハウジング３８内に供給する第１の連通路３９は、周方向に延びるモータコイル部３７の各部を適切に冷却するために、例えば図３に示すように、固定スクロール部材４３およびセンタープレート４５に、周方向に複数配設される。モータコイル部３７の温度は、電流印加による発熱量と、この冷媒による冷却および前述の放熱量とのバランスに依存することになるが、前述の如く、条件によっては、温度上昇が過大になるおそれがある。
【特許文献１】特開２００４−２７８３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、上記のようなモータコイル部の温度の過大上昇を確実に防止し、モータの耐久性を向上し得る、さらに、モータの運転範囲の拡大も可能なハイブリッ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】
【０００９】
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圧縮機構から第２圧縮機構および電動モータへガスを供給する第１の連通路とを備えたハイブリッド圧縮機において、前記吸入通路に、該吸入通路を吸入ガスが通過することにより差圧を発生させる差圧発生手段を設けるとともに該差圧発生手段に連通する第２の連通路を設け、該第２の連通路の前記差圧発生手段とは反対側の端部を電動モータのコイル部近傍に位置させたことを特徴とするものからなる。
【００１０】
このハイブリッド圧縮機においては、上記吸入通路が複数設けられ、該複数の吸入通路の少なくとも１つ以上に対して上記差圧発生手段が設けられている構成とすることができる。
【００１１】
また、上記第２の連通路が複数設けられている構成とすることができる。
【００１２】
また、上記第２の連通路の上記差圧発生手段とは反対側の端部における開口が複数設けられている構成とすることもできる。
【００１３】
上記差圧発生手段は、上記吸入通路内に固定された構造に構成できる。固定には、圧入嵌合構造や、リベットやねじ等の締結手段を用いた固定構造、さらには溶接による固定構造等を採用可能である。差圧発生手段部分は、圧縮機のハウジングや固定スクロール部材と同じ材質の金属を用いて形成することも可能であり、焼結金属や樹脂により形成することも可能である。
【００１４】
上記差圧発生手段としては、具体的には、後述の各実施態様に示すように、ベンチュリーを用いることができる。ただし、本発明で目標とする差圧を発生可能な手段であれば、他の手段も使用可能である。
【００１５】
このような差圧発生手段に対しては、差圧可変手段を設けることが可能である。差圧可変手段としては、例えば上記ベンチュリーの絞り部の通路面積の可変手段を用いることができる。可変手段による絞り部通路面積の可変操作は、ステッピングモータ等を用いて行ってもよいし、吸入圧と大気圧との差圧を利用してダイヤフラム弁等により機械的に行ってもよい。
【００１６】
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のコイル部に温度上昇が生じる際、モータコイル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、モータコイル部には、専用の駆動制御回路からモータ側可動スクールを回転制御させるための制御電流が印加される。その結果、電流印加に伴う発熱によるモータコイル部の温度上昇が生じる。被圧縮ガス（冷媒ガス）の流れ方向にみて第２圧縮機構（モータ側圧縮機構）手前に位置している第１圧縮機構（ベルト側圧縮機構）に対し、さらに上流側に設定されている吸入通路は共通であり、吸入ポート、吸入通路を介して吸入される冷媒ガスは、一旦吸入通路を通ってから第１圧縮機構側へ吸入され、その後第２圧縮機構側へ吸入される構成であることから、第１圧縮機構側作動、第２圧縮機構側作動、同時作動の運転条件如何にとらわれず、第１圧縮機構、第２圧縮機構の何れか１つが作動すれば、吸入通路に設けられた差圧発生手段部分（例えば、ベンチュリーの絞り部）には、必ず冷媒ガスが流れることになる。
【００１７】
その結果、何れか１つの圧縮機構が作動していれば、差圧発生手段部分に差圧が発生される（例えば、ベンチュリーの絞り部における圧力は低下する）ことになり、この差圧発生手段部分と、該差圧発生手段に連通し、モータコイル部近傍に位置された、第２の連通路の他端との間に差圧が発生する。つまり、上記吸入通路と、モータコイル部を収容しているステータハウジング内部との間に差圧が発生する。この発生差圧により、ステータハウジング内の未だ圧縮されていない低温の冷媒が、ステータハウジング内部側から上記吸入通路側へと強制的に循環されることになり、同時に、第２圧縮機構側から、未だ圧縮されていないより低温の冷媒が、ステータハウジング内に補充されることになる。したがって、モータコイル部においては、より低温の冷媒が強制的に通過されることになり、モータコイル部の冷却量が増大される。これにより、モータコイル部の冷却を促進し、モータコイル部温度を下げることで、温度上昇が過大になることが確実に防止され、モータコイル部温度が許容温度を超えたり、温度過大上昇により起動不良が生じたりするおそれが除去される。さらに、どのような運転条件にあってもモータコイル部の温度過大上昇が発生しないため、モータの運転範囲を拡大することも可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明に係るハイブリッド圧縮機によれば、いずれかの圧縮機構が作動している限り、内蔵電動モータのコイル部を、差圧発生手段と第２の連通路を介して適切に冷却することが可能になり、モータコイル部の温度過大上昇の発生を確実に防止して、モータの耐久性を向上でき、さらにモータの運転範囲を拡大することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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４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。なお、図４における矢印は、差圧発生手段作動時の冷媒ガスの流れを示しており、以降の図においても同様である。
【００２０】
図４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内に、該吸入通路１９を吸入ガスが通過することにより差圧を発生させる差圧発生手段としてのベンチュリー６１が設けられ、該ベンチュリー６１に連通する第２の連通路６２が第１の連通路３９とは独立に設けられており、かつ、第２の連通路６２のベンチュリー６１とは反対側の端部が、ステータハウジング３８内に対し、電動モータ３５のコイル部３７近傍に位置されて開口されていることである。
【００２１】
本実施態様では、図５に示すように、吸入通路１９は複数（図示例では３つ）設けられており、このうち２つの吸入通路１９内に上記ベンチュリー６１が設けられ、各ベンチュリー６１に対してそれぞれ第２の連通路６２が接続されている。また、各第２の連通路６２の延設経路やステータハウジング３８内への開口位置については、任意に設定可能である。例えば、上記２つの吸入通路１９内に設けられた２つのベンチュリー６１に対してそれぞれ接続された第２の連通路６２のうち、一方の連通路６２を図４に示したように、ステータハウジング３８内の奥側に開口させ、他方の連通路６２を図６に示すように、ステータハウジング３８内の手前側に開口させ、互いに異なる位置に開口させて、冷媒ガスをより広い範囲にわたって循環させるようにすることもできる。
【００２２】
なお、ベンチュリー６１自体の構成は、例えば図７に示すように、通路断面積が絞られた絞り部６１ａ（喉部とも言う）を有するものであればよく、この絞り部６１ａでは冷媒ガス通過により圧力が低下するので、この絞り部６１ａに第２の連通路６２を連通させておき、第２の連通路６２のモータ側の他端と絞り部６１ａとの間で差圧を発生させるようにすればよい。この差圧発生手段としてのベンチュリー６１は、前述の如く、吸入通路１９内に固定された構造としてもよく、必要に応じて着脱できる構造としてもよい。このベンチュリー６１は、後述するように、絞り部６１ａの通路面積を可変とし、発生する差圧を可変とすることも可能である。
【００２３】
また、図８に変形例を示すように、第２の連通路６２を、ステータハウジング３８内においてパイプ状通路６３として延長し、モータ３５のコイル部３７に対する、通路開口部の相対位置を、上記態様とは異なる位置に設定することも可能である。このようにすれば、必要に応じて冷媒ガスの循環経路をより好ましい経路に修正することが可能になる。
【００２４】
このような差圧発生手段としてのベンチュリー６１と、該ベンチュリー６１に連通する第２の連通路６２を備えたハイブリッド圧縮機においては、第１圧縮機構２、第２圧縮機構３のいずれかが作動される限り、吸入通路１９を冷媒ガスが通過し、それに伴って、ベンチュリー６１の絞り部６１ａ内の圧力が低下し、該絞り部６１ａ内と、第２の連通路６２の他端、つまり、ステータハウジング３８内への開口部との間に差圧が発生される。この差圧により、未だ圧縮されていない低温の冷媒ガスがステータハウジング３８内から吸入通路１９側へと吸引され、それに伴ってモータコイル部３７周りで低温の冷媒ガスが循環されることになり、モータコイル部３７の冷却量が増大されてモータコイル部３７が適切に冷却される。その結果、モータコイル部３７の過大温度上昇が防止され、それによってモータ３５の運転範囲の拡大も可能になる。
【００２５】
図９、図１０は、本発明の別の実施態様に係るハイブリッド圧縮機の構成、とくに可変ベンチュリー構造を採用した場合の構成を示している。すなわち、吸入通路１９に対し、ベンチュリー絞り弁７１を設け、可変ベンチュリーシャフト７２を介して、ステッピングモータ７３などでベンチュリー絞り弁７１を回動させることにより、ベンチュリーの絞り部の通路面積を可変できるようにした構成である。このように可変ベンチュリーに構成しておけば、圧縮機の負荷条件や、モータコイル部の温度条件等に応じて、第２の連通路６２を介しての冷媒ガス循環量、ひいてはモータコイル部の冷却量をより最適に制御することが可能になる。
【００２６】
図１１、図１２は、本発明のさらに別の実施態様に係るハイブリッド圧縮機の構成、とくに機械式ベンチュリー絞り弁可変機構を採用した場合の構成を示している。すなわち、吸入通路１９に対し、図９、図１０に示したのと同様にベンチュリー絞り弁７１を設け、可変ベンチュリーシャフト７２を介してベンチュリー絞り弁７１を回動させることにより、ベンチュリーの絞り部の通路面積を可変できるようにした構成であり、この回動制御に機械式ベンチュリー絞り弁可変機構が使用されている。該機構は、本実施態様では、ポートアダプタ４４内の吸入圧を導入する吸入圧通路８１と、ダイヤフラム弁８２と、可変ベンチュリーシャフト７２に連結されたダイヤフラム弁８２の出力ロッド８３とからなる。吸入圧通路８１を介しての吸入圧は、ダイヤフラム弁８２の吸入圧室８４に導入され、ダイヤフラム８５により区画される他方の室８６には、大気圧が導入されるようになっている。スプリング８７を適切に設定しておくことにより、吸入圧室８４への導入圧に応じて、ベンチュリー絞り弁７１を最適に回動させることが可能になり、それによってベンチュリーの絞り部の通路面積を最適に可変できる。このような機械式ベンチュリー絞り弁可変機構を採用した場合にも、圧縮機の負荷条件や、モータコイル部の温度条件等に応じて、第２の連通路６２を介しての冷媒ガス循環量、ひいてはモータコイル部の冷却量をより最適に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来のハイブリッド圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１のハイブリッド圧縮機のモータコイル部の冷却性能の観点からみた概略部分縦断面図である。
【図３】図１のハイブリッド圧縮機における第１の連通路の配置例を示す概略部分縦断面図である。
【図４】本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機のモータコイル部の冷却性能の観点からみた概略部分縦断面図である。
【図５】図４のハイブリッド圧縮機の部分平面図である。
【図６】図４のハイブリッド圧縮機の図４とは別の断面でみた概略部分縦断面図である。
【図７】差圧発生手段としてのベンチュリーの構造例を示す概略構成図である。
【図８】図４の変形例に係るハイブリッド圧縮機の概略部分縦断面図である。
【図９】本発明の別の実施態様に係るハイブリッド圧縮機のモータコイル部の冷却性能の観点からみた概略部分縦断面図である。
【図１０】図９のハイブリッド圧縮機の拡大部分縦断面図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施態様に係るハイブリッド圧縮機のモータコイル部の冷却性能の観点からみた概略部分縦断面図である。
【図１２】図１１のハイブリッド圧縮機の拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ハイブリッド圧縮機
２  第１圧縮機構
３  第２圧縮機構
１０  固定スクロール
１１  可動スクロール
１３  駆動軸
１４  プーリ
１５  電磁クラッチ
１６  ボールカップリング
１８  吸入ポート
１９  吸入通路
２０  吸入室
２１  吐出穴
２２  吐出通路
２３  吐出ポート
３０  固定スクロール
３１  可動スクロール
３３  駆動軸
３４  ボールカップリング
３５  電動モータ
３６  回転子
３７  モータコイル部（ステータ）
３８  ステータハウジング
３９  第１の連通路
４０  吸入室
４１  吐出穴
４２  吐出通路
４３  固定スクロール部材
４４  ポートアダプタ
４５  センタープレート
４６  連通路
４７  コイル鉄心部
４８  コイル樹脂部
５０  給電部
６１  差圧発生手段としてのベンチュリー
６１ａ  絞り部
６２  第２の連通路
６３  パイプ状通路
７１  ベンチュリー絞り弁
７２  可変ベンチュリーシャフト
７３  ステッピングモータ
８１  吸入圧通路
８２  ダイヤフラム弁
８３  出力ロッド
８４  吸入圧室
８５  ダイヤフラム
８６  他方の室
８７  スプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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