(57)【要約】【課題】  磁気特性の損失なくロータを冷却し、且つ、過度の冷却を回避することができる電動圧縮機を提供する。【解決手段】  駆動ケーシング(22、23)内のモータ(40)は、その通電により駆動させる回転軸(30)の周囲に配置され、回転軸と一体に回転される永久磁石を有するロータ(42)と、ロータの周囲に配置され、磁界の回転によりロータを回転させる電機子巻線を有するステータ(44)と、ロータ内を貫通して機械室(26)から圧縮ユニット(52)に向かう吸入冷媒の流路をなす連通孔(90)と、ロータの温度が低い場合には連通孔の流路面積を小さくさせる流量制御手段(92)とを含む。【選択図】      図１
2006207422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ケーシング及び該駆動ケーシングに気密に嵌合された圧縮ケーシングを有するハウジングと、
前記駆動ケーシング内に形成され、回転自在に支持された回転軸を通電により駆動させるモータを備えた機械室と、
冷凍回路から吸入冷媒として該機械室内に導入される吸入口と、
前記圧縮ケーシング内に収容され、前記回転軸によって駆動されて冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行い、吐出冷媒として前記冷凍回路に導出される吐出口に接続する圧縮ユニットとを具備し、
前記モータは、
前記回転軸の周囲に配置され、該回転軸と一体に回転される永久磁石を有するロータと、
該ロータの周囲に配置され、磁界の回転により該ロータを回転させる電機子巻線を有するステータと、
前記ロータ内を貫通して前記機械室から前記圧縮ユニットに向かう前記吸入冷媒の流路をなす連通孔と、
前記ロータの温度が低い場合には前記連通孔の流路面積を小さくさせる流量制御手段と
を含むことを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
前記ステータは、該ステータの外周部分を切り欠いて前記機械室から前記圧縮ユニットに向かう前記吸入冷媒の流路をなす連通路と、
前記ステータの温度が低い場合には前記連通路の流路面積を大きくさせ、一方、前記ステータの温度が高い場合には前記連通路の流路面積を小さくさせる流量制御手段と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
【請求項３】
前記流量制御手段は、形状記憶合金或いはバイメタルにて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動圧縮機。
【請求項４】
前記機械室には、該機械室内に導入された前記吸入冷媒を前記ロータに向かわせるファンが備えられていることを特徴とする請求項１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、電動圧縮機に係り、詳しくは、車両の空調システムの冷凍回路等に組み込まれて好適な電動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の圧縮機は駆動部と圧縮部とから構成され、この圧縮部には冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する圧縮ユニットが備えられている。
例えばスクロール型圧縮機では、互いに噛み合うような固定スクロール及び可動スクロールを備えており、可動スクロールが固定スクロールに対して旋回運動する。これにより、各スクロールで形成される空間の容積が減少し、上記一連のプロセスが行われる。一方、このユニットは回転軸によって駆動され、回転軸はモータを通電することにより駆動される。これら回転軸やモータは上記駆動部の機械室内に設けられている。
【０００３】
ここで、モータの発熱量が大きくなるとモータの破損を招くため、モータを冷却させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６１−１１２７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電動圧縮機のモータは、回転軸の周囲に配置されたロータと、このロータの周囲に配置されたステータとからなり、このロータは永久磁石を有し、ステータは電機子巻線を有する構成が多く用いられている。
ここで、前記従来の技術では、ステータの外周側に冷媒用の流路を設け、モータの温度が異常に上昇した時、つまり、モータの発熱量が大きい場合にはこの流路内に冷媒を導入している。
【０００５】
しかしながら、前記従来の技術では、上記一連のプロセスを経た吐出冷媒が機械室内に導入されてモータの冷却に用いられている。すなわち、上記ロータは磁気特性を損なわないように所定の耐熱温度以下での使用が望まれるものの、ステータの外周側に設けられた流路に冷媒を導入してロータを当該耐熱温度以下に抑えられるのかとの懸念がある。また、高圧高温の吐出冷媒を用いてロータを当該耐熱温度以下に抑えられるのかとの懸念もある。つまり、前記従来の技術ではステータの冷却を主眼とし、ロータの冷却の点については格別な配慮がなされていない。
【０００６】
ここで、機械室内には吐出冷媒に代えて吸入冷媒を導入させることも考えられるが、前記従来の技術の如くモータの発熱量が大きい場合を基準とした流路を設けると、モータの発熱量が小さい場合にはモータが必要以上に冷却されるとの問題がある。具体的には、モータの発熱量が小さい場合にはモータが過度に冷却されてしまい、実際に必要な圧縮動力が大きくなって圧縮効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、磁気特性の損失なくロータを冷却し、且つ、過度の冷却を回避することができる電動圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の電動圧縮機は、駆動ケーシング及び駆動ケーシングに気密に嵌合された圧縮ケーシングを有するハウジングと、駆動ケーシング内に形成され、回転自在に支持された回転軸を通電により駆動させるモータを備えた機械室と、冷凍回路から吸入冷媒として機械室内に導入される吸入口と、圧縮ケーシング内に収容され、回転軸によって駆動されて冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行い、吐出冷媒として冷凍回路に導出される吐出口に接続する圧縮ユニットとを具備し、モータは、回転軸の周囲に配置され、回転軸と一体に回転される永久磁石を有するロータと、ロータの周囲に配置され、磁界の回転によりロータを回転させる電機子巻線を有するステータと、ロータ内を貫通して機械室から圧縮ユニットに向かう吸入冷媒の流路をなす連通孔と、ロータの温度が低い場合には連通孔の流路面積を小さくさせる流量制御手段とを含むことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明では、ステータは、ステータの外周部分を切り欠いて機械室から圧縮ユニットに向かう吸入冷媒の流路をなす連通路と、ステータの温度が低い場合には連通路の流路面積を大きくさせ、一方、ステータの温度が高い場合には連通路の流路面積を小さくさせる流量制御手段とを含むことを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、流量制御手段は、形状記憶合金或いはバイメタルにて構成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の発明では、機械室には、機械室内に導入された吸入冷媒をロータに向かわせるファンが備えられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
従って、請求項１記載の本発明の電動圧縮機によれば、ロータが吸入冷媒の流路をなす連通孔を備え、ロータは比較的低温の吸入冷媒により直接に冷却可能となり、ロータの永久磁石の磁気特性は損なわれない。そして、ロータが流量制御手段を備え、この流量制御手段は、ロータの温度が低くなると連通孔の流路面積を小さくし、モータの冷却に用いられた上記吸入冷媒の流量を抑えている。従って、モータの発熱量が小さい場合にはモータは冷却されなくなり、モータの過度の冷却を回避できる。この結果、圧縮ユニットに吸入される際の吸入冷媒に対してモータによる不必要な加熱が防止され、圧縮効率の低下が防止される。
【００１２】
また、請求項２記載の発明によれば、ステータが吸入冷媒の流路をなす連通路と流量制御手段とを備えており、この流量制御手段は、ステータの温度が低くなると連通路の流路面積を大きくし、圧縮ユニットにて必要とされる吸入冷媒の量を確保するとともに、この吸入冷媒をロータには向かわせず、モータの過度の冷却を積極的に回避する。よって、圧縮効率の低下がより一層防止される。しかも、この流量制御手段は、ステータの温度が高くなると連通孔の流路面積を小さくし、吸入冷媒をロータに向かわせてロータを冷却させる。従って、ロータの磁気特性がより適切に維持される。
【００１３】
更に、請求項３記載の発明によれば、吸入冷媒の流量を制御する機構が簡単になり、圧縮機の製造コストの低廉化が図られる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、吸入冷媒はファンによって攪拌され、ロータに向けて指向されるので、圧縮ユニットにて必要とされる吸入冷媒の量の確保や、モータの発熱量が大きい場合にはロータの冷却が更に促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る電動圧縮機４を示す。
当該電動圧縮機４は水平方向に延びるハウジング２０を備えた横置型の圧縮機であり、この圧縮機４は車両の空調システムの冷凍回路に組み込まれている。具体的には、この冷凍回路には圧縮機４、図示しないガスクーラ、膨張弁及び蒸発器が順次配置され、圧縮機４は蒸発器から自然系冷媒であるＣＯ2冷媒（以下、単に冷媒と称す）を吸入し、この冷媒を圧縮してガスクーラに向けて吐出する。
【００１５】
ハウジング２０は駆動ケーシング２２、リアケーシング２３及び圧縮ケーシング２４を有している。駆動ケーシング２２はその両端が開口され、圧縮ケーシング２４は駆動ケーシング２２に向けて開口したカップ形状をなし、この開口端と駆動ケーシング２２の一端側とがボルト２８を介して気密に嵌合されている。また、リアケーシング２３も駆動ケーシング２２に向けて開口したカップ形状をなし、この開口端と駆動ケーシング２２の他端側とがボルト２９を介して気密に嵌合されている。なお、駆動ケーシング２２とリアケーシング２３とは一体に形成されていても良い。
【００１６】
駆動ケーシング２２の一端側の開口端部分には環状の支持ブロック４６が設けられ、駆動ケーシング２２内、具体的には、支持ブロック４６と本実施形態ではリアケーシング２３の有底部分との空間がモータ室（機械室）２６として形成されている。このモータ室２６には段付きの回転軸３０が配置され、この回転軸３０は小径軸部３２と大径軸部３４とを有する。小径軸部３２はニードル軸受３８を介してリアケーシング２３の有底部分から突出するボス４８に回転自在に支持され、大径軸部３４はボール軸受３６を介して支持ブロック４６に回転自在に支持されている。
【００１７】
一方、リアケーシング２３の周壁にはモータ室２６に連通する吸入口２５が形成されており、吸入口２５は前述した蒸発器に接続され、冷凍回路の吸入冷媒としてモータ室２６内に導入させる。
回転軸３０は電動モータ４０への通電により駆動される。詳しくは、モータ室２６にはブラシレスの電動モータ４０が配設されており、希土類の永久磁石、例えばネオジウム磁石を有するロータ４２が回転軸３０の外周側に固着され、このロータ４２の外周側には電機子巻線４３を有するステータ４４が配置されている。そして、電機子巻線４３が通電されると、ロータ４２は電機子巻線４３で発生した磁界の回転に伴って回転し、回転軸３０と一体的に回転する。
【００１８】
ここで、圧縮ケーシング２４内にはスクロールユニット（圧縮ユニット）５２が収容され、このスクロールユニット５２は可動スクロール５４及び固定スクロール５６を備えている。これら可動スクロール５４及び固定スクロール５６は互いに噛み合うような渦巻きラップ６１，７９をそれぞれ有し、これら渦巻きラップ６１，７９は互いに協働し、図示しないシール等を介して圧縮室５８を形成する。この圧縮室５８は可動スクロール５４の旋回運動により、渦巻きラップ６１，７９の径方向外周側から中心に向けて移動し、この際にその容積が減少される。
【００１９】
上述した可動スクロール５４の旋回運動を達成するため、可動スクロール５４の基板６０は駆動ケーシング２２側に向けて突出するボス６２を有しており、このボス６２はニードル軸受６４を介して偏心ブッシュ６６を回転自在に支持している。この偏心ブッシュ６６はクランクピン６８に支持され、このクランクピン６８が大径軸部３４から偏心して突出している。従って、回転軸３０の回転に伴い、クランクピン６８及び偏心ブッシュ６６を介して可動スクロール５４が旋回運動することなる。
【００２０】
また、偏心ブッシュ６６には、カウンタウエイト７０が連結ピン７１を介して偏心ブッシュ６６と大径軸部３４との間に取り付けられており、このカウンタウエイト７０は可動スクロール５４の旋回運動に対するバランスウエイトとなる。
固定スクロール５６は圧縮ケーシング２４の有底部分にボルト５７を介して固定され、その基板７８が圧縮ケーシング２４内を圧縮室５８側と吐出室８０側とを仕切っている。基板７８にはその中央に圧縮室５８に連なる吐出孔８２が形成され、この吐出孔８２はリード弁８４により開閉される。このリード弁８４はその弁押さえ８６とともに基板７８の吐出室８０側に取り付けられている。
【００２１】
更に、圧縮ケーシング２４の有底部分には吐出室８０に連通する吐出口８７が形成されており、吐出室８０は吐出口８７を介して前述したガスクーラに接続され、吐出冷媒として冷凍回路中に吐出させる。
ところで、本実施形態の圧縮機４には、図１に二点鎖線Ｌで示されるように、吸入口２５からの吸入冷媒がモータ室２６の略半分程度にまで充填されている。そして、電動モータ４０には、この吸入冷媒で完全に満たされた部分、同図の回転軸３０の停止位置では、この回転軸３０よりも下側に配置されたロータ４２部分にロータ連通孔（連通孔）９０が備えられている。
【００２２】
より詳しくは、ロータ連通孔９０は、ロータ４２内を貫通してモータ室２６からスクロールユニット５２に向かう吸入冷媒の流路をなしている。本実施形態のロータ連通孔９０は、図２に示されるように、３つのロータ連通孔９０がロータ４２内を周方向に沿ってそれぞれ形成されている。そして、ロータ４２の温度に応じて電動モータ４０を冷却する吸入冷媒の流量が調整される。具体的には、ロータ４０の端面には各ロータ連通孔９０をそれぞれ開閉するロータ流量制御部（流量制御手段）９２が設けられている。
【００２３】
このロータ流量制御部９２は、本実施形態では形状記憶合金で形成されており、ネオジウム磁石を有するロータ４２の温度が低い場合にはロータ連通孔９０を閉じてその流路面積を小さくさせる一方、ロータ４２の温度が高い場合には湾曲してロータ連通孔９０を開き、その流路面積を大きくさせる。このように、ロータ流量制御部９２がロータ連通孔９０を適宜開閉作動し、ロータ４２を約１００〜１２０℃程度の温度に調整する。
【００２４】
また、電動モータ４０には、回転軸３０よりも下側に配置されたステータ４４部分にステータ連通路（連通路）９４が備えられている。
具体的には、ステータ連通路９４は、ステータ４４の外周部分を切り欠いてモータ室２６からスクロールユニット５２に向かう吸入冷媒の流路をなしている。本実施形態のステータ連通路９４は、図２に示されるように、２つのステータ連通路９４がステータ４４の外周端を周方向に沿ってそれぞれ形成されている。そして、ステータ４４の温度に応じて電動モータ４０を冷却する吸入冷媒の流量が調整される。より詳しくは、ステータ４４の側面には各ステータ連通路９４をそれぞれ開閉するステータ流量制御部（流量制御手段）９６が設けられている。
【００２５】
このステータ流量制御部９６もまた、本実施形態では形状記憶合金で形成されており、ステータ４４の温度が低い場合にはステータ連通路９４を開いてその流路面積を大きくさせる一方、ステータ４４の温度が高い場合には湾曲してステータ連通路９４を閉じ（図２）、その流路面積を小さくさせる。このように、ステータ流量制御部９６がステータ連通路９４を適宜開閉作動し、電動モータ４０において最も熱くなり得るステータ４４の温度を調整する。
【００２６】
そして、上記圧縮機４では、電動モータ４０の通電による回転軸３０の回転に伴い、偏心ブッシュ６６を介して可動スクロール５４が固定スクロール５６の軸心周りを旋回運動する。この際、可動スクロール５４の自転は複数個の回転阻止機構５０の働きにより阻止された状態にある。この結果、可動スクロール５４はその旋回姿勢を一定に維持した状態で固定スクロール５６に対して旋回運動し、この旋回運動は吸入口２５を通じてモータ室２６から圧縮室５８内に冷媒を吸い込み、この吸い込んだ冷媒を圧縮し、圧縮冷媒を吐出室８０内に吐出する。
【００２７】
この吐出室８０から吐出された高温高圧ガス状態の冷媒は吐出口８７を経てガスクーラ内で冷却され、膨張弁に供給され、絞り作用による膨張を受けて蒸発器内に噴出され、冷媒の気化熱により蒸発器の周囲の空気が冷却される。次いで、冷気が車室内に送り込まれて車室内の冷房が行われる。なお、この蒸発器内の冷媒は圧縮機４の吸入口２５に戻り、この後、圧縮機４により再度圧縮され、上述の如く循環する。
【００２８】
以上のように、本実施形態の圧縮機４は、電動モータ４０を冷却するための冷媒量を必要な時に必要な量だけに制限したい点に着目したものである。
そして、ロータ４２が吸入冷媒の流路をなすロータ連通孔９０を備え、ロータ４２は比較的低温の吸入冷媒により直接に冷却可能となり、ロータ４２のネオジウム磁石の磁気特性は損なわれずに維持される。
【００２９】
また、ロータ４２がロータ流量制御部９２を備えており、このロータ流量制御部９２は、ロータ４２の温度が低くなるとロータ連通孔９０の流路面積を小さくし、電動モータ４０の冷却に用いられた吸入冷媒の流量を抑えている。つまり、電動モータ４０が冷却を必要とする温度にまで上昇した場合のみロータ４２を冷却するのに対し、電動モータ４０の発熱量が小さい場合にはロータ４２は冷却されず、ロータ４２の過度の冷却を回避できる。この結果、スクロールユニット５２に吸入される際の吸入冷媒では電動モータ４０による不必要な加熱が防止され、実際に必要な圧縮動力が抑えられて圧縮効率の低下を防止できる。
【００３０】
また、ステータ４４が吸入冷媒の流路をなすステータ連通路９４とステータ流量制御部９６とを備えており、このステータ流量制御部９６は、ステータ４４の温度が低くなる、換言すれば、ロータ４２の温度が低くなるとステータ連通路９４の流路面積を大きくし、スクロールユニット５２にて必要とされる吸入冷媒の量を確保するとともに、この吸入冷媒をロータ４２には向かわせず、電動モータ４０の過度の冷却を積極的に回避する。一方、ステータ流量制御部９６は、ステータ４４の温度が高くなる、すなわち、ロータ４２の温度が高くなるとステータ連通路９４の流路面積を小さくし、吸入冷媒をロータ４２に向かわせてロータ４２を冷却させる。従って、上述したロータ４２とステータ４４との構成が相俟って、圧縮効率の低下をより一層防止でき、しかも、ロータ４２の磁気特性をより一層適切に維持できる。
【００３１】
更に、ロータ流量制御部９２やステータ流量制御部９６を形状記憶合金で構成させれば、吸入冷媒の流量を制御する機構が簡単になり、圧縮機４の製造コストの低廉化が図られる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００３２】
例えば、ロータ連通孔９０やステータ連通路９４の位置は、吸入冷媒の充填領域内であれば必ずしも図示の位置に限定されるものではなく、例えば、図３に示されるように、ロータ連通孔９０とステータ連通路（連通路）９４Ａとを同一直線状に配設させても良い。また、ロータ流量制御部やステータ流量制御部は、電動モータ４０の温度に対して反応できれば良く、例えば、同図に示されるように、ロータ４２の端面に設けられたロータ流量制御部９２Ａや、ステータ４４Ａの側面に設けられたステータ流量制御部９６Ａは、形状記憶合金に代えてバイメタルであっても良い。或いは電磁弁の如くの構成であっても良い。
【００３３】
更に、上述したステータ連通路９４，９４Ａは、電動モータ４０の温度が低い場合に開けられ、温度が高い場合に閉じられる構成として説明されている、しかしながら、例えば、上述のロータ流量制御部９２の機能と同様に、電機子巻線４３や絶縁物の破損を考慮し、ステータ４４の温度が高くなるとステータ連通路の流路面積を大きくし、吸入冷媒でステータ４４を冷却させても良い。この場合には、バイメタル等のステータ流量制御部をステータ４４の端面に設ければ達成できる。
【００３４】
更にまた、図３に二点鎖線で示される如く、このモータ室２６内の吸入冷媒をロータ４２に向かわせるファン９８がモータ室２６内に備えられていても良く、この場合には、吸入冷媒はロータ４２に向けて良好に指向される結果、電動モータ４０の発熱量が大きい場合にもロータ４２の冷却が更に促進される。
ところで、上記実施形態ではスクロール型の電動圧縮機について説明されているが、本発明の圧縮ユニットは、スクロール型又はピストン往復動型のいずれのタイプにも適用可能であり、また、冷凍回路に使用される冷媒もＣＯ2冷媒の他、代替フロンを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機を示した縦断面図である。
【図２】図１の圧縮機におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う矢視断面図である。
【図３】他の実施例の部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
４  電動圧縮機
２０  ハウジング
２２  駆動ケーシング
２３  リアケーシング（駆動ケーシング）
２４  圧縮ケーシング
２５  吸入口
２６  モータ室（機械室）
３０  回転軸
４０  電動モータ
４２  ロータ
４３  電機子巻線
４４、４４Ａ  ステータ
５２  スクロールユニット（圧縮ユニット）
８７  吐出口
９０  ロータ連通孔（連通孔）
９２、９２Ａ  ロータ流量制御部（流量制御手段）
９４、９４Ａ  ステータ連通路（連通路）
９６、９６Ａ  ステータ流量制御部（流量制御手段）
９８  ファン
【図１】
2006207422.tif 000003
【図２】
2006207422.tif 000004
【図３】
2006207422.tif 000005