(57)【要約】【課題】  回転電機部がポンプ部の吐出容量制御用の制御室に配設される場合でも制御室内の温度上昇を抑制できる複合型流体機械を提供する。【解決手段】  回転軸１１１によって回転揺動する駆動体１１２が制御室１１６に収容され、駆動体１１２に接続されるピストン１１４が往復動され、駆動体１１２の揺動量が制御されてピストン１１４のストロークを可変可能として流体を吸入吐出するポンプ部１１０と、発電機および電動機の両機能を備える回転電機部１２０とを備える複合型流体機械において、回転電機部１２０を制御室１１６内に配設し、駆動体１１２の中間部にはベアリング１１２ｃ、１１２ｄを介在させて、ピストン１１４と接続される先端部１１２ｂ側が揺動しつつ非回転となるようにする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（１１１）によって回転揺動する駆動体（１１２）が制御室（１１６）に収容され、前記駆動体（１１２）に接続されるピストン（１１４）が往復動され、前記駆動体（１１２）の揺動量が制御されて前記ピストン（１１４）のストロークを可変可能として流体を吸入吐出するポンプ部（１１０）と、
発電機および電動機の両機能を備える回転電機部（１２０）とを備える複合型流体機械において、
前記回転電機部（１２０）は、前記制御室（１１６）内に配設され、
前記駆動体（１１２）の中間部にはベアリング（１１２ｃ、１１２ｄ）が介在されて、前記ピストン（１１４）と接続される先端部（１１２ｂ）側は、揺動しつつ非回転となるようにしたことを特徴とする複合型流体機械。
【請求項２】
前記駆動体（１１２）は、前記制御室（１１６）内の圧力によって前記回転軸（１１１）に対して傾斜角可変に回転揺動する斜板（１１２）であることを特徴とする請求項１に記載の複合型流体機械。
【請求項３】
前記ピストン（１１４）は、前記斜板（１１２）に対してシュー（１１３）あるいはボールジョイント（１１３ａ）を介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の複合型流体機械。
【請求項４】
前記回転電機部（１２０）は、前記駆動体（１１２）の外周部に配置されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の複合型流体機械。
【請求項５】
前記回転電機部（１２０）は、車両の走行用エンジン（１０）の駆動力を受けて前記車両の主発電機として作動可能とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の複合型流体機械。
【請求項６】
前記回転電機部（１２０）は、外部電源（２０）の電力を受けて電動機として車両の走行用エンジン（１０）を始動可能とすることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の複合型流体機械。
【請求項７】
前記回転電機部（１２０）は、前記ポンプ部（１１０）に接続されており、外部電源（２０）の電力を受けて電動機として前記ポンプ部（１１０）を駆動可能とすることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の複合型流体機械。
【請求項８】
前記ポンプ部（１１０）は、車両の走行用エンジン（１０）の駆動力を受けて駆動可能とすることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の複合型流体機械。
【請求項９】
前記ポンプ部（１１０）は、車両の冷凍サイクル装置（２００）内の冷媒を吸入圧縮する圧縮機部（１１０）であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の複合型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行状態に応じてエンジンを停止させるいわゆるアイドルストップ車両やハイブリッド車両に搭載される冷凍サイクル装置に適用して好適な複合型流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省燃費の観点より、いわゆるアイドルストップ車両やハイブリッド車両が市場に投入される例が有る。これらの車両は走行状態に応じてエンジンを停止させるエンジン停止モード有しているので、車両に搭載される冷凍サイクル装置内の圧縮機として、例えば特許文献１に示されるようなモータと電磁クラッチとが一体化されたハイブリッド型圧縮機が適用されている。
【０００３】
このハイブリッド型圧縮機は、圧縮機部が斜板式の可変容量型のものであり、斜板室に斜板が収容され、斜板の先端側でシューを介してピストンが接続されている。ピストンのストロークは斜板の傾斜角度に応じて可変される。そして、ハイブリッド型圧縮機全体の小型化を考慮して、モータは斜板室内に配設されるようにしている。
【特許文献１】特開２０００−７３９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、圧縮機の作動時に発生する機械損失、即ち斜板とシューとの間での滑り摺動損失、およびモータの作動時あるいは発電時に発生する損失によって、斜板室内の温度上昇を伴い、例えばシャフト部における斜板室と外部との封止を行う軸封装置等の信頼性が低下すると言う問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、回転電機部がポンプ部の吐出容量制御用の制御室に配設される場合でも制御室内の温度上昇を抑制できる複合型流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、回転軸（１１１）によって回転揺動する駆動体（１１２）が制御室（１１６）に収容され、駆動体（１１２）に接続されるピストン（１１４）が往復動され、駆動体（１１２）の揺動量が制御されてピストン（１１４）のストロークを可変可能として流体を吸入吐出するポンプ部（１１０）と、発電機および電動機の両機能を備える回転電機部（１２０）とを備える複合型流体機械において、回転電機部（１２０）は、制御室（１１６）内に配設され、駆動体（１１２）の中間部にはベアリング（１１２ｃ、１１２ｄ）が介在されて、ピストン（１１４）と接続される先端部（１１２ｂ）側は、揺動しつつ非回転となるようにしたことを特徴としている。
【０００８】
これにより、駆動体（１１２）の先端部（１１２ｂ）とピストン（１１４）との間における回転方向の滑り摺動損失を低減することができるので、制御室（１１６）における温度上昇を抑制することができる。よって、回転電機部（１２０）を制御室（１１６）内に配設して複合型流体機械（１００）の小型化を図りつつも、例えば回転軸（１１１）における制御室（１１６）内と外部とを封止する軸封装置（１４０）等の信頼性を向上することができる。
【０００９】
駆動体（１１２）としては、請求項２に記載の発明のように、制御室（１１６）内の圧力によって回転軸（１１１）に対して傾斜角可変に回転揺動する斜板（１１２）とするのが好ましく、容易に対応が可能となる。
【００１０】
そして、駆動体（１１２）を斜板（１１２）とした場合は、請求項３に記載の発明のように、ピストン（１１４）は、斜板（１１２）に対してシュー（１１３）あるいはボールジョイント（１１３ａ）を介して接続させると良い。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、回転電機部（１２０）は、駆動体（１１２）の外周部に配置されたことを特徴としている。
【００１２】
これにより、回転軸方向の寸法を短縮して更に複合型流体機械の小型化が可能となる。
【００１３】
尚、請求項５に記載の発明のように、回転電機部（１２０）は、車両の走行用エンジン（１０）の駆動力を受けて車両の主発電機として作動可能となるようにしても良い。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明のように、回転電機部（１２０）は、外部電源（２０）の電力を受けて電動機として車両の走行用エンジン（１０）を始動可能とするようにしても良く、更に機能の拡大ができる。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明のように、回転電機部（１２０）をポンプ部（１１０）に接続して、外部電源（２０）の電力を受けて電動機としてポンプ部（１１０）を駆動可能となるようにしても良く、複合型流体機械（１００）を電動ポンプとして使用することができる。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明のように、ポンプ部（１１０）は、車両の走行用エンジン（１０）の駆動力を受けて駆動可能となるようにしても良い。
【００１７】
更に、請求項９に記載の発明のように、ポンプ部（１１０）は、車両の冷凍サイクル装置（２００）内の冷媒を吸入圧縮する圧縮機部（１１０）として用いて好適である。
【００１８】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図４に示し、まず、具体的な構成について図１、図２を用いて説明する。図１に示すように、第１実施形態では本発明の複合型流体機械を、走行運転中一時停車した時に走行用エンジン（以下、エンジン）１０が停止されるいわゆるアイドルストップ車両に搭載される冷凍サイクル装置２００に適用されるハイブリッドコンプレッサ１００としている。
【００２０】
ここで、冷凍サイクル装置２００は、周知の冷房用装置であり、後述するハイブリッドコンプレッサ１００を構成する圧縮機部１１０が配設されている。圧縮機部１１０は、この冷凍サイクル装置２００内の冷媒を高温高圧に圧縮するものであり、以下、圧縮された冷媒を凝縮液化する凝縮器２１０、液化された冷媒を断熱膨張させる膨張弁２２０、膨張した冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により自身を通過する空気を冷却する蒸発器（冷房用熱交換器）２３０が冷媒配管２４０によって順次接続され閉回路を形成している。
【００２１】
ハイブリッドコンプレッサ１００は、図２に示すように、フロントハウジング１０１、ミドルハウジング１０２、リヤハウジング１０３によって形成されるハウジング１０１Ａ内に圧縮機部１１０、モータジェネレータ部１２０が収容され、シャフト１１１の先端側に電磁クラッチ１３０が設けられたものであり、以下、その詳細について説明する。
【００２２】
圧縮機部（本発明のポンプ部に対応）１１０は、吐出量として１回転当りの吐出容量が後述する圧力制御弁１１９によって可変されるものであり、ここでは周知の斜板式の可変容量型圧縮機部としている。
【００２３】
フロントハウジング１０１およびミドルハウジング１０２にそれぞれ固定された軸受け１１１ａ、１１１ｂによって回転可能に支持されるシャフト（本発明の回転軸に対応）１１１には、斜板（本発明の駆動体に対応）１１２が設けられている。この斜板１１２は主に本体部を成す駆動斜板１１２ａと外周側部材と成る揺動斜板（本発明の先端部に対応）１１２ｂとから成り、フロントハウジング１０１とミドルハウジング１０２とによって形成される斜板室（本発明の制御室）１１６内に収容されている。
【００２４】
駆動斜板１１２ａには、長孔１１２ｆを有するブラケット１１２ｅが一体で形成されており、長孔１１２ｆには後述するロータ部１２１の支持アーム１２１ｂのピン１２１ｃが嵌入されてヒンジ機構を形成している。このヒンジ機構によって斜板１１２（駆動斜板１１２ａ）はロータ部１２１に接続され、シャフト１１１と共に回転し、シャフト１１１に対して垂直に近い位置から、本図に示されるような最大傾斜位置まで傾斜できるようになっている。
【００２５】
揺動斜板１１２ｂの外周側には、一対のシュー１１３を介して複数のピストン１１４が揺動可能に連結されており、ピストン１１４はミドルハウジング１０２に穿設されたシリンダボア１１５内を往復動するようにしている。
【００２６】
ここで本発明の第１の特徴部として、斜板１１２において、分割された駆動斜板１１２ａと揺動斜板１１２ｂとの間（本発明の中間部に対応）には、ラジアルベアリング（本発明のベアリングに対応）１１２ｃおよびスラストベアリング（本発明のベアリングに対応）１１２ｄが介在されるようにしている。即ち、ラジアルベアリング１１２ｃは、斜板１１２の半径方向に介在されて、揺動斜板１１２ｂは駆動斜板１１２ａに対して回転可能となるようにしている。また、スラストベアリング１１２ｄは、斜板１１２の回転軸方向に介在されて、ピストン１１４からの圧縮反力を受けつつも駆動斜板１１２ａに対する揺動斜板１１２ｂの回転を可能としている。
【００２７】
ミドルハウジング１０２にはバルブプレート１０４を介してリヤハウジング１０３が設けられており、リヤハウジング１０３内は、吸入室１１７と吐出室１１８とに区画されている。吸入室１１７は、バルブプレート１０４に設けられた吸入ポート１１７ａによってシリンダボア１１５内と連通しており、また、シリンダボア１１５内はバルブプレート１０４に設けられた吐出ポート１１８ａによって吐出室１１８と連通している。吸入ポート１１７ａおよび吐出ポート１１８ａには図示しない吸入弁および吐出弁が設けられおり、ピストン１１４の往復動による冷媒の吸入、圧縮、吐出が行われるようにしている。尚、吸入室１１７は冷凍サイクル装置２００の蒸発器２３０と接続されており、また吐出室１１８は冷凍サイクル装置２００の凝縮器２１０に接続されている。
【００２８】
そして、リヤハウジング１０３には、斜板室１１６内の圧力Ｐｃを制御する圧力制御弁１１９が設けられている。圧力制御弁１１９内にはコイルへの通電によって摺動する弁体が設けられている。また、吐出室１１８と斜板室１１６との間には、弁体を介して連通する連通路（図示せず）が設けられており、更に斜板室１１６と吸入室１１７との間には排気通路（図示せず）が設けられている。そして、弁体が摺動されることによって連通路の弁開度が可変され、吐出室１１８および斜板室１１６間の連通あるいは遮断が行なわれるようにしている。
【００２９】
圧力制御弁１９０の弁体によって連通路が開く側に保持されると、吐出室１１８の圧力Ｐｄが斜板室１１６内に分配され、斜板室１１６内の圧力Ｐｃが高められる。すると、斜板１１２はシャフト１１１に対して垂直に立ち上がる位置となってピストン１１４のストロークを小さくして吐出容量を小さくする。
【００３０】
一方、弁体によって連通路が閉じる側となると、吐出室１１８から斜板室１１６への圧力の分配が停止される。その反面、排気通路を通して斜板室１１６から吸入室１１７に圧力が抜ける形となり、斜板室１１６内の圧力Ｐｃが低下する。すると、斜板１１２の傾斜角度は図２に示すような最大側の傾斜位置となりピストン１１４のストロークを大きくして吐出容量を大きくする。
【００３１】
尚、軸受け１１１ａとシャフト１１１の先端側との間には、斜板室１１６内の冷媒がハウジング１０１Ａの外部に漏れるのを防止するための軸封装置１４０が設けられている。
【００３２】
モータジェネレータ部（本発明の回転電機部に対応）１２０は、ロータ部１２１とステータ部１２２とから成る。ロータ部１２１は、シャフトに固定された円板状のロータ本体部１２１ａの外周部にマグネット（永久磁石）１２１ｄが設けられたものであり、上記したように、ロータ本体部１２１ａに設けられた支持アーム１２１ｂおよびピン１２１ｃによって斜板１１２と接続されている。また、ステータ部１２２は、巻き線が巻かれたステータコイルであり、マグネット１２１ｄの更に外周側に配置され、フロントハウジング１０１の内周面に固定されている。
【００３３】
このように本発明の第２の特徴部として、モータジェネレータ部１２０は、斜板室１１６内に配設されると共に、斜板１１２の外周部に配置されるようにしている。
【００３４】
そして、このモータジェネレータ部１２０は、外部のインバータ３０（図１）によってバッテリ（本発明の外部電源に対応）２０（図１）からの電力がステータ部１２２に供給された場合には、ロータ部１２１を回転させて圧縮機部１１０を駆動する電動機として作動し、ロータ部１２２を回転させるトルクが入力された場合には電力を発生させてインバータ３０を介してバッテリ２０に充電する発電機として作動する。
【００３５】
電磁クラッチ１３０は、ベルト１１（図１）を介してエンジン１０からの動力を受けるプーリ部１３１、磁界を発生させる励磁コイル１３２、および励磁コイル１３２により誘起された磁界による電磁力により変位するフリクションプレート１３３等から成る。
【００３６】
尚、プーリ部１３１は、フロントハウジング１０１の先端側に固定されたプーリ軸受け１３１ａによって回転可能に支持されており、励磁コイル１３２は、フロントハウジング１０１に固定されている。また、フリクションプレート１３３は、シャフト１１１の先端側に固定されている。
【００３７】
電磁クラッチ１３０は、エンジン１０側と圧縮機部１０側とを繋ぐ時（電磁クラッチＯＮ）は、励磁コイル１３２に通電し、エンジン１０側と圧縮機部１１０側とを切り離す時（電磁クラッチＯＦＦ）は、励磁コイル１３２への通電を遮断する。
【００３８】
次に、上記構成に基づくハイブリッドコンプレッサ１００の作動および作用効果について図３、図４を用いて説明する。
【００３９】
車両がエンジン１０によって走行中の場合（図３中のア）、冷凍サイクル装置２００が作動状態（エアコンＯＮ）にあると、電磁クラッチ１３０はＯＮ状態にされ（図３中のイ）、圧縮機部１１０は、エンジン１０の駆動力によって作動する。この時、冷凍サイクル装置２００の必要冷房能力に応じて、圧力制御弁１１９によって斜板室１１６内の圧力Ｐｃが制御されて、斜板１１２の傾斜角度が可変されて冷媒の吐出容量が可変される。また、モータジェネレータ部１２０は、エンジン１０の駆動力を受けて、ロータ部１２１が回転し、車両の主発電機として作動する（図３中のウ）。発電された電力はインバータ３０を介してバッテリ２０に充電される。
【００４０】
次に、車両が一時停止し、エンジン１０が停止された場合は（図３中のエ）、電磁クラッチ１３０はＯＦＦ状態にされ（図３中のオ）、更に、モータジェネレータ部１２０は、バッテリ２０の電力を受けて、電動機として作動し（図３中のカ）、圧縮機部１１０を作動させる。この時、上記と同様に冷凍サイクル装置２００の必要冷房能力に応じて、圧力制御弁１１９によって斜板室１１６内の圧力Ｐｃが制御されて、斜板１１２の傾斜角度が可変されて冷媒の吐出容量が可変される。
【００４１】
更に、車両が一時停止から通常走行に移る場合は、電磁クラッチ１３０がＯＮ状態にされ（図３中のキ）、更にモータジェネレータ部１２０は電動機として作動し（図３中のク）、エンジン１０を始動させる（図３中のケ）。そして、再び圧縮機部１１０は、エンジン１０の駆動力によって作動され、またモータジェネレータ部１２０は主発電機として作動されることになる（図３中のコ）。
【００４２】
このように、本ハイブリッドコンプレッサ１００においては、エンジン１０の駆動力を用いた圧縮機部１１０による冷媒の圧縮、モータジェネレータ部１２０での発電によるバッテリ２０への充電、また、エンジン１０停止時におけるモータジェネレータ部１２０による圧縮機部１１０の作動、エンジン１０の始動等の多くの機能を有している。
【００４３】
ところで従来技術においては、冒頭の課題の項で説明したように、圧縮機部１１０が作動する時には、斜板とシューとの間における回転方向の滑り摺動損失（図４中のａ）が発生していた。尚、滑り摺動損失は、圧縮機部１１０の回転数に伴って増加する。更に、圧縮機部１１０の作動時に共に作動するモータジェネレータ部１２０にも発電損失（図４中のｂ）が発生し、モータジェネレータ部１２０を斜板室１１６内に配設した場合には、斜板室１１６内は滑り摺動損失ａと発電損失ｂとを合わせたトータル損失（図４中のｃ）に伴う発熱によって温度上昇し、例えば軸封装置１４０等の信頼性低下に繋がっていた。
【００４４】
しかしながら、本発明においては、斜板１１２を駆動斜板１１２ａと揺動斜板１１２ｂとに分割し、両斜板１１２ａ、１１２ｂ間にベアリング１１２ｃ、１１２ｄを介在させることで、揺動斜板１１２ｂは、回転揺動する駆動斜板１１２ａに対して、揺動運動のみを行い、ピストン１１４を往復動させつつ、揺動斜板１１２ｂ自身は非回転とすることができるので、揺動斜板１１２ｂとピストン１１４（シュー１１３）との間における滑り摺動損失を図４中の白矢印のようにａからｄに低減することができ、発電損失ｂを加えたトータル損失（図４中のｅ）を図４中の黒矢印のように低減することができる。よって、斜板室１１６における温度上昇を抑制することができ、モータジェネレータ部１２０を斜板室１１６内に配設してハイブリッドコンプレッサ１００の小型化を図りつつも、軸封装置１４０等の信頼性を向上することができる。
【００４５】
尚、通常圧縮機部１１０の高回転側においては、滑り摺動損失ａと発電損失ｂとを合わせたトータル損失ｃにおける滑り摺動損失ａの占める割合が大きくなるので、本発明による滑り摺動損失ｄの低減度合いが大きく得られ、トータル損失ｅとして従来の圧縮機部１１０単独での滑り摺動損失ａよりも小さくでき得る作動域が得られる。
【００４６】
また、補足的に、斜板室１１６内の温度低減に伴って、近接する吸入室１１７における吸入冷媒の温度上昇も抑制できるので、冷媒圧縮時における体積効率の低下を抑制できる。
【００４７】
更に、本発明においては、モータジェネレータ部１２０を斜板１１２の外周部に配置するようにしているので、シャフト方向の寸法を短縮して更にハイブリッドコンプレッサ１００の小型化を可能としている。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、斜板１１２とピストン１１４との接続構造を変更したものである。
【００４９】
ここでは、上記第１実施形態の斜板１１２の揺動斜板１１２ｂを揺動板１１２ｂ１としており、ボールジョイント１１３ａによってピストン１１４と接続するようにしている。
【００５０】
これにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態においては電磁クラッチ１３０を有し、エンジン１０の駆動力も活用できるものとして説明したが、電磁クラッチ１３０を廃止して、圧縮機部１１０とモータジェネレータ部１２０とから成るいわゆる電動コンプレッサとしても良い。
【００５２】
この場合は、斜板室１１６は滑り摺動損失にモータジェネレータ部１２０の電動機としての作動損失が加わった温度上昇を受けることになるが、滑り摺動損失の低減によりその温度上昇を抑制できる。
【００５３】
また、対象とする車両は、アイドルストップ車両に限らず、走行用エンジンおよび走行用モータを有し、例えば両者の使い分けによって走行されるハイブリッド車両に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明を車両用の冷凍サイクル装置に適用した全体構成を示す模式図である。
【図２】図１における第１実施形態のハイブリッドコンプレッサを示す断面図である。
【図３】第１実施形態における作動を示すタイムチャートである。
【図４】回転数に対する損失の抑制効果を示すグラフである。
【図５】図１における第２実施形態のハイブリッドコンプレッサを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  走行用エンジン
２０  バッテリ（外部電源）
１００  ハイブリッドコンプレッサ（複合型流体機械）
１１０  圧縮機部（ポンプ部）
１１１  シャフト（回転軸）
１１２  斜板（駆動体）
１１２ｂ  揺動斜板（先端部）.
１１２ｃ  ラジアルベアリング（ベアリング）
１１２ｄ  スラストベアリング（ベアリング）
１１３  シュー
１１３ａ  ボールジョイント
１１４  ピストン
１１６  斜板室（制御室）
１２０  モータジェネレータ部（回転電機部）
２００  冷凍サイクル装置
【図１】
2005155376.tif 000003
【図２】
2005155376.tif 000004
【図３】
2005155376.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005155376.tif 000007