(57)【要約】【課題】電動モータのコイル部を適切に冷却することにより、コイル部の過熱を防止し、電動モータひいては装置の耐久性、信頼性を向上できる電動圧縮機を提供する。【解決手段】コイルが巻回されるコイル巻回部を有するステータと、該ステータの内周側に設けられたロータとを有する電動モータと、圧縮機ハウジング内に内蔵される前記電動モータにより駆動される圧縮機構とを有する圧縮機において、前記ステータに伝熱流体が封入された中空部材を設けたことを特徴とする電動圧縮機。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻回されるコイル巻回部を有するステータと、該ステータの内周側に設けられたロータとを有する電動モータと、圧縮機ハウジング内に内蔵される前記電動モータにより駆動される圧縮機構とを有する圧縮機において、前記ステータに伝熱流体が封入された中空部材を設けたことを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
前記中空部材がステータのコイル巻回部に隣接して設けられている、請求項１の電動圧縮機。
【請求項３】
前記伝熱流体の熱伝導率が、ステータのコイル巻回部を構成する材料の熱伝導率よりも大きい、請求項１または２の電動圧縮機。
【請求項４】
前記中空部材の一部が圧縮機ハウジングの外側に延設されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の電動圧縮機。
【請求項５】
前記伝熱流体が温度により相変化する物質からなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の電動圧縮機。
【請求項６】
前記伝熱流体が金属ナトリウムである、請求項１ないし５のいずれかに記載の電動圧縮機。
【請求項７】
前記電動圧縮機が、前記内蔵電動モータとは別の第１駆動源のみにより駆動される第１圧縮機構と、第２駆動源としての前記内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構とが並設され一体的に組み付けられたハイブリッド圧縮機からなる、請求項１ないし６のいずれかに記載の電動圧縮機。
【請求項８】
前記第１圧縮機構および第２圧縮機構がスクロール型圧縮機構からなり、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせ配置されている、請求項７の電動圧縮機。
【請求項９】
背中合わせに配置された両固定スクロールが一体形成された固定スクロール部材からなる、請求項８の電動圧縮機。
【請求項１０】
前記第１駆動源が車両用原動機からなる、請求項７ないし９のいずれかに記載の電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機構駆動用の電動モータを内蔵した電動圧縮機に関し、とくに車両用冷凍システム等に好適なハイブリッド圧縮機における、電動モータのコイル部の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機構駆動用の電動モータを内蔵した電動圧縮機、とくに車両用冷凍システム等に用いられる電動圧縮機はよく知られている。このような電動圧縮機においては、電動モータは専用の駆動制御回路からの指令により、電動モータに高電圧部からのパルス電圧をｄｕｔｙ制御印加し、ロータの回転数を制御しながら運転されるようになっている。しかし、電動モータのコイル部は抵抗を持っている。このためコイル部に電流が流れる際にはコイル部は発熱する。また、コイル部の温度は、上記発熱量と圧縮機ハウジング等からの放熱量のバランスにより決定されるが、発熱量が放熱量を大きく上回った場合にはコイル部は過熱される。コイル部が過熱されると、コイル部の破損や電動モータの起動性低下等の不具合が生じるおそれがある。
【０００３】
このような電動モータのコイル部の過熱の問題は、圧縮機構駆動用の電動モータを内蔵した単純な電動圧縮機のみならず、内蔵電動モータと、それとは別の外部駆動源（たとえば、車両走行用エンジン）とを圧縮機構の駆動源としたハイブリッド圧縮機においても、同様に存在する。
【０００４】
たとえば、車両用冷凍システム等に利用するハイブリッド圧縮機として車両用原動機のみにより駆動されるスクロール型の第１圧縮機構と、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圧縮機構とを、両圧縮機構の固定スクロールを背中合わせにして一体的に組み込んだハイブリッド圧縮機が提案されている（特許文献１）。このようなハイブリッド圧縮機においては、それぞれの圧縮機構を単独で、あるいは同時に駆動することが可能となり、そのときの要求に応じた最適な吐出性能を得ることが可能となる。たとえば、低負荷時（駐車中のアイドリング状態等）においては、電動モータにより第２圧縮機構のみを運転、または電動モータにより第２圧縮機構を運転しつつ低速回転される車両用原動機で第１圧縮機構を運転する。また、高負荷時（走行時）においては電動モーターと車両用駆動源により両圧縮機構を同時に運転するような切換えが可能になる。
【０００５】
しかし、電動モータの単独運転モード、または電動モータにより第２圧縮機構を運転しつつ低速回転される車両用原動機で第１圧縮機構を運転するような同時運転モード（たとえば夏季等において高速走行状態からアイドル停車状態等に移行するような場合）においては、電動モータの発熱量が放熱量を大きく上回る。したがって、ハイブリッド圧縮機においても、電動モータの過熱による不具合が発生するおそれがある。
【特許文献１】特開２００３−１６１２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、電動モータのコイル部を適切に冷却することにより、コイル部の過熱を防止し、電動モータひいては装置の耐久性、信頼性を向上できる電動圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る電動圧縮機は、コイルが巻回されるコイル巻回部を有するステータと、該ステータの内周側に設けられたロータとを有する電動モータと、圧縮機ハウジング内に内蔵される前記電動モータにより駆動される圧縮機構とを有する圧縮機において、前記ステータに伝熱流体が封入された中空部材を設けたことを特徴とするものからなる。このような構成においては、ステータに形成された中空部材には伝熱流体（たとえば、金属ナトリウム等）が封入されるので、コイル部の発熱により伝熱流体が加熱されると伝熱流体の熱対流が生じる。つまり、伝熱流体の循環によりコイル部は絶えず低温の伝熱流体により冷却されることになる。したがって、コイル部、とくにステータ側のコイル部の過熱が効果的に防止されるので、コイル部の破損のおそれ等を確実に解消しつつ、コイル部ひいては電動モータ、電動圧縮機の耐久性、信頼性を向上できる。
【０００８】
上記中空部材はステータのコイル巻回部に隣接して設けられることが好ましい。また、伝熱流体の熱伝導率は、ステータのコイル巻回部を構成する材料の熱伝導率よりも大きく設定されることが好ましい。このような構成においては、コイル部から伝熱流体側へ効率的に熱伝導させることができるので、コイル部の過熱をより効果的に防止できる。
【０００９】
さらに、中空部材の一部を圧縮機ハウジングの外側に延設されるようにすれば、伝熱流体と外気との間で熱交換が行なわれるので、伝熱流体の温度上昇を防止できる。
【００１０】
上記伝熱流体は温度により相変化する物質、たとえば金属ナトリウムを用いることが好ましい。つまり、常温においては固体で温度変化により液体に相変化するような物質を用いれば、伝熱流体の封入作業を容易化できる。また、固体から液体への相変化時の融解熱により、より大きな熱量の移送が可能である。
【００１１】
本発明は、電動モータを内蔵する電動圧縮機であればいかなるタイプの電動圧縮機にも適用可能であり、いわゆるハイブリッド圧縮機にも適用可能である。たとえば、電動圧縮機が、前記内蔵電動モータとは別の第１駆動源のみにより駆動される第１圧縮機構と、第２駆動源としての前記内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構とが並設され一体的に組み付けられたハイブリッド圧縮機からなる場合も適用可能である。
【００１２】
このようなハイブリッド圧縮機においては、たとえば、上記第１圧縮機構および第２圧縮機構がスクロール型圧縮機構からなり、両圧縮機構の固定スクロールが背中合わせに配置されている構成を採用できる。この背中合わせに配置された両固定スクロールは一体形成された固定スクロール部材からなる構造とすることもできる。また、上記第１駆動源としては、車両用原動機、たとえば、車両走行用のエンジンや、上記内蔵電動モータとは別の電動モータを使用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
このような本発明に係る電動圧縮機によれば、上記のようなコイル部の冷却構造を採用することにより、電動圧縮機に内蔵される電動モータのコイル部、とくにステータ側のコイル部の過熱を効果的に防止できるので、コイル部の破損のおそれ等を確実に解消しつつ、コイル部ひいては電動モータ、電動圧縮機の耐久性、信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明に係る電動圧縮機の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１ないし図４は、本発明の第１実施態様に係る電動圧縮機を示しており、とくに、本発明をハイブリッド圧縮機に適用した場合を示している。ただし、本発明は、ハイブリッド圧縮機に限らず、単に内蔵電動モータのみを駆動源として有する電動圧縮機にも適用できる。
【００１５】
まず、図１に示したハイブリッド圧縮機について説明する。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、第１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流体（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。
【００１６】
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に固定されたロータ３６と、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。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流体（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に吸入され、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。
【００１７】
本実施態様では、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。
【００１８】
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。
【００１９】
電動モータ３５のステータ３７は、環状の鉄芯４４を有しており鉄芯４４にはコイル巻回部４５が一体に形成されている（図４）。コイル巻回部４５にはコイル巻線４６が巻回されコイル部４７が形成されている。コイル部４７は絶縁材としての樹脂（図示略）により覆われている。また、コイル部４７のステータ３７の周方向の両側には中空部材４８が隣接して設けられている。中空部材４８内には伝熱流体４９が封入されている。伝熱流体４９は温度により相変化する物質が用いられている。本実施態様においては、伝熱流体４９は金属ナトリウムが用いられているが、ヨウ素、カリウム、水等を用いることも可能である。また、伝熱流体４９の熱伝導率は、ステータ３７のコイル巻回部４５を構成する材料の熱伝導率よりも大きく設定されている。なお、中空部材４８は、たとえばねじ等の固定手段（図示略）を介してコイル巻回部４５に固定されている。中空部材４８の伝熱流体４９の封入口（図示略）は、樹脂、焼結金属等からなる嵌合部材（図示略）により完全に密封されている。
【００２０】
本実施態様においては、ステータ３７に形成された中空部材４８には伝熱流体４９が封入されるので、コイル部４７の発熱により伝熱流体４９が加熱されると伝熱流体４９の熱対流が生じる。つまり、伝熱流体４９の循環によりコイル部４７は絶えず低温の伝熱流体４９により冷却されることになる。したがって、コイル部４７の過熱が効果的に防止されるので、コイル部４７の破損のおそれ等を確実に解消しつつ、コイル部４７部ひいては電動モータ３５、ハイブリッド圧縮機１の耐久性、信頼性を向上できる。
【００２１】
また、伝熱流体４９の熱伝導率は、ステータ３７のコイル巻回部４５を構成する材料の熱伝導率よりも大きく設定されているので、コイル部４７から伝熱流体側へ効率的に熱伝導させることができる。したがって、コイル部４７の過熱をより効果的に防止できる。
【００２２】
また、本実施態様においては、伝熱流体４９は温度により相変化する金属ナトリウムが用いられている。該金属ナトリウムは、常温においては固体で温度変化により液体に相変化するので、伝熱流体の封入作業を容易化できる。また、固体から液体への相変化時の融解熱により、より大きな熱量の移送が可能である。
【００２３】
図５は、本発明の第２実施態様に係る電動圧縮機としてのハイブリッド圧縮機の電動モータ５０を示している。なお、上記第１実施態様と同一の部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。電動モータ５０のステータ５１は、環状の鉄芯５２を有しており鉄芯５２にはコイル巻回部５３が一体に形成されている（図４）。コイル巻回部５３にはコイル巻線４６が巻回されコイル部５５が形成されている。コイル部５５は絶縁材としての樹脂（図示略）により覆われている。また、コイル部５５のステータ５１の周方向の両側には中空部材５６が隣接して設けられている。
【００２４】
中空部材５６の一部は図５に示すようにステータハウジング３８の外側に延設されている。中空部材５６内には伝熱流体５７が封入されている。伝熱流体５７は温度により相変化する物質が用いられている。本実施態様においては、伝熱流体５７は金属ナトリウムが用いられているが、水等を用いることも可能である。また、伝熱流体５７の熱伝導率は、ステータ５１のコイル巻回部５３を構成する材料の熱伝導率よりも大きく設定されている。なお、中空部材５６は、たとえばねじ等の固定手段（図示略）を介してコイル巻回部５３に固定されている。中空部材５６の伝熱流体５７の封入口（図示略）は、樹脂、焼結金属等からなる嵌合部材（図示略）により完全に密封されている。
【００２５】
本実施態様においても、上記第１実施態様の作用に準じコイル部５５の過熱が効果的に防止されるので、コイル部５５の破損のおそれ等を確実に解消しつつ、コイル部５５部ひいては電動モータ５０、ハイブリッド圧縮機の耐久性、信頼性を向上できる。
【００２６】
また、本実施態様においては、中空部材５６の一部はステータハウジング３８の外側に延設されているので、伝熱流体５７と外気との間で熱交換が行なわれる。したがって、伝熱流体５７の温度上昇が抑制され、冷却効率の低下が防止されるようになっている。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、圧縮機構駆動用の電動モータを内蔵したあらゆる電動圧縮機に適用可能であり、とくに内蔵電動モータとそれとは別の駆動源により各圧縮機構を駆動できるようにしたハイブリッド圧縮機からなる電動圧縮機にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施態様に係る電動圧縮機として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電動モータの拡大縦断面図である。
【図３】図１のハイブリッド圧縮機の電動モータのステータを一部断面表示した正面図である。
【図４】図１のハイブリッド圧縮機の電動モータのステータの部分斜視図である。
【図５】本発明の第２実施態様に係る電動圧縮機としてのハイブリッド圧縮機の電動モータの拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  電動圧縮機としてのハイブリッド圧縮機
２  第１圧縮機構
３  第２圧縮機構
１０、３０  固定スクロール
１１、３１  可動スクロール
１２、３２  作動空間
１３、３３  駆動軸
１５  電磁クラッチ
１８  吸入ポート
２０、４０  吸入室
２１、４１  吐出穴
２２、４２  吐出通路
３５、５０  電動モータ
３６  ロータ
３７、５１  ステータ
３８  ステータハウジング
３９  連通路
４３  固定スクロール部材
４４、５２  環状の鉄芯
４５、５３  コイル巻回部
４６  コイル巻線
４７、５５  コイル部
４８、５６  中空部材
４９、５７  伝熱流体
【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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