(57)【要約】【課題】圧縮機内にインバータを収容し、装置の小型化、省設置スペース化を促進しつつ、インバータを効果的に冷却することにより過熱を防止し、耐久性を向上できるハイブリッド圧縮機を提供する。【解決手段】車両用原動機のみにより駆動される第１圧縮機構と、内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構と、モータ駆動回路と制御回路とを有し前記内蔵電動モータの駆動を制御するインバータとを備え、該インバータの少なくともモータ駆動回路を、圧縮機のハウジング内に形成された冷媒吸入通路の壁に近接して配置したことを特徴とするハイブリッド圧縮機。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用原動機のみにより駆動される第１圧縮機構と、内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構と、モータ駆動回路と制御回路とを有し前記内蔵電動モータの駆動を制御するインバータとを備え、該インバータの少なくともモータ駆動回路を、圧縮機のハウジング内に形成された冷媒吸入通路の壁に近接して配置したことを特徴とするハイブリッド圧縮機。
【請求項２】
前記冷媒吸入通路が少なくとも第２圧縮機構に冷媒を導入する冷媒吸入通路からなる、請求項１のハイブリッド圧縮機。
【請求項３】
前記冷媒吸入通路が第１圧縮機構と第２圧縮機構の双方に冷媒を導入する共通の冷媒吸入通路に構成されている、請求項１または２のハイブリッド圧縮機。
【請求項４】
前記冷媒吸入通路が、内蔵電動モータのモータ室、第２圧縮機構の吸入室、第１圧縮機構の吸入室への順路に構成されている、請求項３のハイブリッド圧縮機。
【請求項５】
前記インバータに、該インバータの少なくともモータ駆動回路の温度を検出する検出手段が設けられており、該手段の検出信号に基づいて車両空調制御装置により前記車両用原動機および／または内蔵電動モータの駆動が制御される、請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
【請求項６】
前記第１圧縮機構と第２圧縮機構とが、スクロール型圧縮機構であり、前記両圧縮機構の固定スクロールが背中合せに一体に形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置等に適用され、車両用原動機と内蔵電動モータとの異なる駆動源を有するハイブリッド圧縮機に関し、とくに内蔵電動モータおよび該モータの駆動を制御するインバータへの過負荷を防止し、装置の耐久性を向上できる圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用空調装置に適用され車両のエンジンと内蔵電動モータとの異なる駆動源を有するハイブリッド圧縮機としては、たとえば、特許文献１に記載されたようなものが知られている。このようなハイブリッド圧縮機においては、車両のエンジンまたは内蔵電動モータにより駆動可能な単一の圧縮機構を備えており、たとえばエンジンによる駆動時にエンジンが停止された場合には、内蔵電動モータによる駆動への切替が行われるようになっている。
【０００３】
上記のようなハイブリッド圧縮機においては、通常、内蔵電動モータはインバータにより駆動が制御されるようになっている。インバータは、モータ内のロータの回転位置により電流の流れるコイルを切り替えるモータ駆動回路と、該モータ駆動回路を制御する制御部とから構成されているが、上記コイルの切り替えが頻繁に行われた場合には、モータ駆動回路中の半導体スイッチング素子の発熱により、モータ駆動回路、ひいてはインバータが過熱されるおそれがある。
【０００４】
とくに従来のハイブリッド圧縮機においては単一の圧縮機構を、出力の異なるエンジンと内蔵電動モータとで選択的に切替えて駆動するため、内蔵電動モータおよび該モータを制御するインバータに過負荷が加わるおそれがある。また、異なる駆動源を切替えて単一の圧縮機構を駆動するハイブリッド圧縮機においては、該ハイブリッド圧縮機の容量は主にエンジンの出力に基づいて設定されるようになっている。したがって、内蔵電動モータにより圧縮機構が駆動される場合には内蔵電動モータに過大な負荷がかかるおそれがある。なお、インバータの過熱が生じた場合には、内蔵電動モータの回転数を低下させて内蔵電動モータやインバータを保護することも考えられるが、これでは冷房能力が低下し車室温度が上昇するおそれがある。
【０００５】
そこで、インバータの過熱を防止するためにはインバータを冷却する必要がある。このため、従来はたとえばインバータの外側に放熱フィンを設けて外気により冷却する方法、あるいは空冷ファンを設けてインバータを冷却する方法等の措置が講じられている。しかし、上記方法においては、放熱フィンや空冷ファンの設置スペースが必要になるため、インバータの大型化や圧縮機の設置スペースの拡張を招来するおそれがある。
【０００６】
なお、内蔵電動モータのみを駆動源とする電動式圧縮機において、インバータのモータ駆動回路を圧縮機内の冷媒吸入路の近傍に設置し、吸入冷媒との熱交換によりインバータのモータ駆動回路を冷却する提案がなされている（特許文献２）。しかし、該提案においては、モータ駆動回路の過熱により圧縮機が停止した場合には吸入冷媒による冷却は行われなくなるので、圧縮機の駆動再開までに長時間を費やすおそれがある。
【０００７】
このため、未だ出願未公開の段階にあるが、先に本出願人により、車両のエンジンのみにより駆動される第１圧縮機構（第１圧縮室）と、内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構（第２圧縮室）とが一体に組み付けられ、第１圧縮機と第２圧縮機を選択的にまたは同時に駆動可能としたハイブリッド式圧縮機が提案されている（特許文献３）。このような提案においては、エンジンと内蔵電動モータとはそれぞれ別の圧縮機構を駆動するようになっており、各駆動源の出力に応じて各圧縮機構の容量を設定できるので、内蔵電動モータ、インバーターへの過負荷を低減できるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１３０３２３号公報（第２−４項、図２等）
【特許文献２】
特開２０００−２９１５５７号公報（第２−５項、第１図、第３図、
第４図）
【特許文献３】
特願２００１−２８０６３０　明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記のような従来のハイブリッド圧縮機の問題点を解消でき、しかも上記本出願人の先の提案による内蔵電動モータ、インバータの保護効果をさらに向上し、圧縮機の耐久性を向上できるハイブリッド圧縮機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド圧縮機は、車両用原動機のみにより駆動される第１圧縮機構と、内蔵電動モータのみにより駆動される第２圧縮機構と、モータ駆動回路と制御回路とを有し前記内蔵電動モータの駆動を制御するインバータとを備え、該インバータの少なくともモータ駆動回路を、圧縮機のハウジング内に形成された冷媒吸入通路の壁に近接して配置したことを特徴とするものからなる。
【００１１】
上記冷媒吸入通路は、少なくとも第２圧縮機構に冷媒を導入する冷媒吸入通路であることが好ましい。つまり、少なくとも第２圧縮機構に冷媒を導入する冷媒吸入通路は、第２圧縮機構の駆動源である内蔵電動モータおよび該モータの駆動を制御するインバータの最も近傍に形成される通路であるから、本発明の構成を最も容易に実現できる。
【００１２】
また、上記冷媒吸入通路は、第１圧縮機構および第２圧縮機構の双方に冷媒を導入する共通の冷媒吸入通路に構成することができる。たとえば、冷媒吸入通路を内蔵電動モータのモータ室、第２圧縮機構の吸入室、第１圧縮機構の吸入室への順路に構成すれば、両圧縮機構の共通の冷媒吸入通路を簡単に構成できる。また、冷媒吸入通路を上記のような順路に形成すれば、インバータの過熱を防止するために、第２圧縮機構の駆動を停止させても、第１の圧縮機構を駆動させれば、共通の冷媒吸入通路内を冷媒が流通されるので、第２圧縮機構の停止後もインバータを効果的かつ迅速に冷却することができる。
【００１３】
上記のようなハイブリッド圧縮機においては、少なくともインバータのモータ駆動回路は圧縮機内に冷媒を導入する冷媒吸入通路の壁に近接されているので、モータ駆動回路内の空気と冷媒吸入通路内を流通する冷媒との間で熱交換が行われ、インバータ、とくに過熱し易いモータ駆動回路を効果的に冷却できる。したがって、インバータをハイブリッド圧縮機のハウジング内に収容し装置の小型化、省設置スペース化を促進しつつ、インバータの過熱を防止でき、しかも装置の耐久性を向上することができる。また、第１圧縮機構および第２圧縮機構は、単独駆動または同時駆動ができるので、インバータの保護を目的として内蔵電動モータの駆動を停止あるいは回転数を低減し、第２圧縮機構の駆動が停止あるいは吐出容量が減少した場合には、第１圧縮機構を駆動させれば、不足した吐出容量を十分補うことができるので、車室内温度の上昇を防止できる。たとえば、上記インバータに、該インバータの少なくとも駆動回路の温度を検出する検出手段を設け、該手段の検出信号に基づいて車両用空調装置により、車両用原動機および／または内蔵電動モータの駆動を制御すればよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のハイブリッド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。なお、以下の実施態様においては、本発明のハイブリッド圧縮機を車両用空調装置の圧縮機とした場合について説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機を示している。図において、１は、ハイブリッド圧縮機を示している。ハイブリッド圧縮機１は、第１圧縮機構２と第２圧縮機構３とを備えている。
【００１５】
第１圧縮機構２は後述のよにエンジン１５により駆動され、また、第２圧縮機構３は内蔵電動モータ３２により駆動されるようになっている。エンジン１５、モータ３２はそれぞれ同時にも、単独でも駆動可能になっている。したがって、両圧縮機構２、３も同時駆動、単独駆動が可能になっている。第１圧縮機構２は、端板４と該端板４に一体化された渦巻体５とからなる固定スクロール６と、端板７と該端板７に一体化された渦巻体８とからなる可動スクロール９とを有している。固定スクロール６の渦巻体５と可動スクロール９の渦巻体８は互いに角度をずらせてかみ合されている。本実施態様においては固定スクロール６は圧縮機１のハウジング１ａに一体に形成されている。
【００１６】
駆動軸１０の一端には、クランク機構１１を有するクランクシャフトが一体的に形成されている。クランク機構１１のクランクピン１２は、駆動軸１０の軸心から偏心した位置に設けられており、偏心ブッシュ１３に一定の遊び量をもって挿入嵌合されている。偏心ブッシュ１３は可動スクロール９の突起内に挿入されたドライブベアリング１４に回転自在に挿入されている。本実施態様においては、第１圧縮機構２のみを駆動する車両用原動機としてのエンジン１５からの動力が駆動軸１０の他端に設けられたクラッチ機構１６を介して駆動軸１０に伝達されると、クランクピン１２が挿入嵌合される偏心ブッシュ１３が回転する。これに伴い自転阻止機構としてのボールカップリング３３により自転が阻止された可動スクロール９に旋回運動が付与されるようになっている。クラッチ機構１６のオン、オフにより、駆動軸１０への動力が伝達されたり遮断されるようになっている。なお、本実施態様においては、第１圧縮機構２を駆動する車両用駆動源としてエンジン１５が用いられているが、たとえば電気自動車においては電動モータを車両用駆動源とすることができる。
【００１７】
可動スクロール９の旋回運動に伴って、吸入孔１７ａを有する後述の冷媒吸入通路１７から圧縮機１内に吸入された流体は、両渦巻体５、８の外端の第１圧縮機構の吸入室４３から渦巻体内部に取り込まれる。そして、両渦巻体５、８により形成される流体ポケットがその容積を減少しながら中央に向かって移動されるに伴って流体が圧縮され、端板４換言すればハウジング１ａに穿設された吐出孔１８およびこれに連通される吐出通路１９から吐出室２０内へと吐出されるようになっている。
【００１８】
第２圧縮機構３は、端板２１と該端板２１に一体化された渦巻体２２とからなる固定スクロール２３と、端板２４と該端板２４に一体化された渦巻体２５とからなる可動スクロール２６を有している。本実施態様においては、固定スクロール２３は、ハウジング１ａに一体に形成されている。つまり、本実施態様においては、第１圧縮機構２の固定スクロール６と第２圧縮機構３の固定スクロール２３とは背中合せに一体形成されている。したがってハイブリッド圧縮機１全体のコンパクト化が図られるようになっている。
【００１９】
駆動軸２７の一端には、クランク機構２８を有するクランクシャフトが一体的に形成されている。クランク機構２８のクランクピン２９は、駆動軸２７の軸心から偏心した位置に設けられており、偏心ブッシュ３０に一定の遊び量をもって挿入嵌合されている。偏心ブッシュ３０は、可動スクロール２６の突起内に挿入されたドライブベアリング３１に回転自在に挿入されている。本実施態様においては、第２圧縮機構３のみを駆動する第２駆動源としての内蔵電動モータ３２からの動力が駆動軸２７に固定された回転子３５から駆動軸２７に伝達されると、クランクピン２９が挿入嵌合される偏心ブッシュ３０が回転する。これに伴い自転阻止機構としてのボールカップリング３４により自転が阻止された可動スクロール２６に旋回運動が付与されるようになっている。なお、３６は内蔵電動モータ３２の固定子を示している。
【００２０】
可動スクロール２６の旋回運動に伴って冷媒吸入通路１７から圧縮機１内に吸入された流体は、両渦巻体２２、２５の外端の第２圧縮機構の吸入室４４から渦巻体内部に取り込まれる。そして両渦巻体により形成される流体ポケットがその容積を減少しながら中央に向かって移動されるに伴って流体が圧縮され、端板２１に設けられた吐出孔３７およびこれに連通される吐出通路１９から吐出室２０内へと吐出されるようになっている。
【００２１】
吐出通路１９の吐出孔１８、３７との連通部には球状の吐出弁３９が設けられており、該吐出弁３９が移動することにより、吐出孔１８、３７のいずれか一方を閉塞したり、吐出孔１８、３７の両方を開放したりするようになっている。つまり、エンジン１５により第１圧縮機構２のみが駆動された際には、吐出孔１８からの流体により吐出弁３９は吐出孔３７側に移動され、該吐出孔３７が閉塞され吐出孔１８が開放される。一方、内蔵電動モータ３２により第２圧縮機構のみが移動された際には、吐出孔３７からの流体により吐出弁３９は吐出孔１８側に移動され、該吐出孔１８が閉塞され吐出孔３７が開放される。さらに、第１圧縮機構２と第２圧縮機構３とが同時に駆動された際には吐出弁３７は図１に示すように吐出孔１８、３７の双方を開放する位置に移動されるようになっている。
【００２２】
内蔵電動モータ３２には、該モータ３２の駆動を制御するインバータ４０が電気的に接続されている。インバータ４０は、モータ駆動回路４７と該回路４７を制御する制御部４８とを有している。本実施態様においては、インバータ４０は、ハウジング内に冷媒を導入する冷媒吸入通路１７とインバータ４０が収容される収容室４５とを区画する壁４６の壁面４６ａに近接して配置されている。本実施態様においては、とくに半導体スイッチング素子（図示略）の発熱により過熱され易いモータ駆動回路４７が壁面４６ａに近接されるようになっている。また、インバータ４０には該インバータ４０の発熱温度を検知する温度センサ４１が設けられている。温度センサ４１で検知されたインバータ４０の発熱温度は、ハイブリッド圧縮機１が含まれる車両用空調装置全体を制御する空調制御装置４２に送られるようになっている。したがって、内蔵電動モータ３２の駆動時には常にインバータ４０の発熱温度が空調制御装置４２により把握されるようになっている。
【００２３】
インバータ４０の収容室４５と壁４６により隔てられた冷媒吸入通路１７は、第１圧縮機構２と第２圧縮機構３の双方に冷媒を導入する共通の冷媒吸入通路に構成されている。つまり、冷媒吸入通路１７は、収容室４５に隣接する通路４９、モータ室５０、第２圧縮機構の吸入室４４、第２圧縮機構の下部に形成された通路５１、ハウジング１ａの下部に形成された通路５２、第１圧縮機構の吸入室４３へ至る順路に形成され、両圧縮機構２、３の共通の冷媒吸入通路として構成されている。なお、図１中の矢印は、通路４９から第１圧縮機構の吸入室４３へ流通する冷媒の流れを示している。
【００２４】
本実施態様においては、インバータ４０、なかでもとくに発熱し易いモータ駆動回路４６は、ハイブリッド圧縮機１内に冷媒を導入する冷媒吸入通路１７を形成する通路４９とインバータ４０の収容室４５とを区画する壁４６に近接されているので、モータ駆動回路４６内の空気と通路４９内を流通する冷媒との間で熱交換が行われ、モータ駆動回路４６が効果的に冷却される。したがって、インバータ４０を実質的にハウジング１ａ内に収容する構成を採用し、装置の小型化、省設置スペース化を促進しつつ、インバータ４０の過熱を防止しインバータが保護されるので、ハイブリッド圧縮機１の耐久性が向上される。
【００２５】
また、第１圧縮機構２および第２圧縮機構３は各々異なる駆動源（エンジン１５、内蔵電動モータ３２）により駆動され、単独駆動、同時駆動可能になっているので、インバータ４０の保護を目的として第２圧縮機構３の駆動を停止あるいは回転数を低減し、第２圧縮機構３の駆動が停止あるいは吐出容量が減少した場合には、第１圧縮機構の駆動により不足した吐出容量を補うことができるので、冷却能力の低下が防止され車室温度の上昇を防止できる。
【００２６】
具体的には本実施態様においては、空調制御装置４２に内蔵電動モータ３２の駆動を停止すべき温度を設定し、予め設定された設定温度値とセンサ４１で検知されたインバータ４０の発熱温度が比較される。そして、インバータ４０の発熱温度が設定温度値を越えた場合には、空調制御装置４２から信号が発せられ内蔵電動モータ３２の駆動が直ちに停止されるようになっている。したがって、インバータ４１の過熱が防止され、インバータ４１、内蔵電動モータ３２が保護される。また、内蔵電動モータ３２の単独駆動時に上記現象が起きた場合には、空調制御装置４２からの信号によりクラッチ機構１６がオンとされエンジン１５の動力により直ちに第１駆動機構２が駆動されるようになっている。したがって、車室温度の上昇が防止されるようになっている。また、同時駆動時においては、内蔵電動モータ３２が停止され第２圧縮機構３の駆動が停止された場合には、エンジン１５により駆動される第１圧縮機構は引き続き駆動されるので、同様に車室内温度の上昇が防止される。
【００２７】
また、本実施態様においては、冷媒吸入通路１７は、通路４９→モータ室５０→第２圧縮機構の吸入室４４→通路５１→通路５２→第１圧縮機構の吸入室４３へと至る順路に形成されており、冷媒吸入通路１７は第１圧縮機構２と第２圧縮機構３との共通の冷媒吸入通路に構成されているので、上記のように第２圧縮機構３の駆動が停止されても、第１圧縮機構２が駆動していれば通路５０内を冷媒が常に流通することになる。したがって、インバータ４０を効果的かつ迅速に冷却することができる。また、内蔵電動モータ３２の駆動再開あるいは通常駆動に復帰させるまでの時間を短縮することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハイブリッド圧縮機によるときは、インバータが冷媒吸入通路の壁に近接されているので、インバータを圧縮機のハウジング内に収容し、装置の小型化、省設置スペース化を促進しつつ、インバータの過熱が防止され、ハイブリッド圧縮機の耐久性を向上できる。また、インバータの過熱を防止すべく第２圧縮機構の駆動が停止等されても不足する吐出容量は第１圧縮機構の駆動により十分補うことができるので車室内温度の上昇を防止できる。
【００２９】
また、冷媒吸入通路は、第１圧縮機構と第２圧縮機構との共通の冷媒吸入路として構成されているので、インバータの保護を目的として内蔵電動モータの駆動が停止され第２圧縮機構の駆動が停止されても、第１圧縮機構が駆動されていれば冷媒吸入通路内を冷媒が流通する。したがって、インバータの冷却を効果的かつ迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るハイブリッド圧縮機の縦断面図である。
【符号の説明】
１　ハイブリッド圧縮機
１ａ　ハウジング
２　第１圧縮機構
３　第２圧縮機構
４、７、２１、２４　端板
５、８、２２、２５　渦巻体
６、２３　固定スクロール
９、２６　可動スクロール
１０、２７　駆動軸
１１、２８　クランク機構
１２、２９　クランクピン
１３、３０　偏心ブッシュ
１４、３１　ドライブベアリング
１５　第１駆動源としてのエンジン
１６　クラッチ機構
１７　冷媒吸入通路
１８、３７　吐出孔
１９　吐出通路
２０　吐出室
３２　第２駆動源としての内蔵電動モータ
３３、３４　ボールカップリング
３５　回転子
３６　固定子
３９　吐出弁
４０　インバータ
４１　温度センサ
４２　空調制御装置
４３　第１圧縮機構の吸入室
４４　第２圧縮機構の吸入室
４５　収容室
４６　壁
４６ａ　壁面
４７　モータ駆動回路
４８　制御部
４９、５１、５２　通路
５０　モータ室
【図１】
2004108328.tif 000003