(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケーシング内に収容されているモータ部と、前記モータケーシングと一体化されたポンプケーシング内に収容されて前記モータ部によって駆動される圧縮機部とを含み、前記モータケーシングの内部の前記モータ部の構成部分の隙間によって吸入室の少なくとも一部が形成されている電動圧縮機において、
前記圧縮機部は二酸化炭素を冷媒として圧縮するスクロール型圧縮機であり、このスクロール圧縮機の外径は前記モータ部の外径より小さくなされ、前記ポンプケーシングの内側で前記圧縮機部の径方向外側に吐出室が形成されていることを特徴とする電動式圧縮機。
【請求項２】
前記モータ部と前記圧縮機部との間を区切る仕切板としてのミドルケーシングが設けられて、前記モータケーシングと前記ポンプケーシングとの間においてそれらと一体的に締結されており、前記ミドルケーシンクが、前記モータ部のシャフトを軸承する軸受の１つを支持していると共に、前記モータケーシングの内部の前記吸入室と、前記ポンプケーシングの内部の前記吐出室との間を区切る仕切板を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載された電動式圧縮機。
【請求項３】
前記吐出室が、前記圧縮機部の外周面と前記ポンプケーシングの内面との隙間によって形成されることによって、前記吐出室が筒形状を呈していることを特徴とする請求項１又は２に記載された電動式圧縮機。
【請求項４】
前記吐出室が、前記圧縮機部の外周面及び一方の軸方向端面と前記ポンプケーシングの内面との隙間によって形成されることによって、前記吐出室が有底の筒形状を呈していることを特徴とする請求項１又は２に記載された電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の空調装置において冷媒圧縮機として使用し得る電動式圧縮機に係るもので、特に、ＣＯ2 冷媒を使用する場合に好適な電動式圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気自動車のような電動車両や家庭用の空調装置においては、冷凍サイクルの冷媒としてフッ素化合物であるＲ１３４ａ等のフレオンガス類を使用するのが一般的である。また、それらの空調装置の冷凍サイクルにおいて冷媒を圧縮するために用いられる冷媒圧縮機としては、例えば特公平７−６５５８０号公報に記載されているように、共通の密閉型ケーシング内に、モータ（電動機）部と、スクロール型圧縮機からなる圧縮機部を一体的に組み込んだ所謂「電動式圧縮機」を用いることも知られている。
【０００３】
電動式圧縮機においては、モータ部が配置されているケーシング内の空間に吸入室や吐出室、或いはその他の室を形成することになるが、フレオンガス類を冷媒とする冷凍サイクルを使用している従来の空調装置の電動式圧縮機において、仮に、モータケーシング内の空間に吸入室を形成した場合は、一般にゴムホースのような可撓性のある配管を使用しない冷凍サイクルでは、電動式圧縮機の吐出室の容積を十分に大きくとらないと、圧縮機の吐出脈動の影響で自動車の車体等に振動・騒音が発生しやすいので、ポンプ部の体格が大きい上に吐出室の容積を大きくとることによって電動式圧縮機全体の体格が大型化することになる。
【０００４】
また、モータケーシング内の空間を吐出室とする場合には、モータケーシングを圧力容器とみなすことになるため、設計圧力を高く取らなければならないことから、モータケーシングの肉厚を厚くする必要が生じ、この場合は電動式圧縮機の体格のみならず重量も大きくなるという問題が生じる。更に、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ2 ）を使用した場合には、使用圧力、即ち、冷媒圧縮機の吐出圧がフレオン冷媒の場合の約１０倍もの高さになるので、この問題は無視できないものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における前述のような問題に対処して、モータケーシング内に吸入室を形成しても、それによって電動式圧縮機の体格が大きくなることがなく、また、冷凍サイクルの冷媒としてＣＯ2 を使用することによって電動式圧縮機の吐出圧が高くなる場合に、それに見合うようにモータケーシングの肉厚を厚くしなければならないとしても、モータケーシングの肉厚を最小限度以上に厚くする必要がなく、それによって電動式圧縮機の体格が大きくなったり、重量が増加するのを抑えることができるような、小型で軽量の電動式圧縮機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ＣＯ２冷媒を使用する冷凍サイクルにおいては使用圧力、即ち冷媒圧縮機の吐出圧が、フレオンを冷媒とする冷凍サイクルに比較してきわめて高圧でるために、ＣＯ２冷媒用の冷媒圧縮機の吸入体積がフレオン冷媒用のそれに比べて約８分の１というようにきわめて小さく、その結果、圧縮機部の体積が小さくなるため、小さな圧縮機部と通常の大きさのモータケーシングとの間の体格差によって圧縮機部の周囲にデッドスペースが生じること着目し、前述の課題を解決するための手段として、圧縮機部の周囲に比較的大きな容積を有する吐出室を形成することによってデッドスペースを活用すると共に、モータケーシング内の大きな空間を利用して吸入室を形成することにより、その空間を比較的低圧として、モータケーシングの肉厚を比較的薄くすることを可能とし、吐出脈動の影響を抑えながら電動式圧縮機全体の体格を小さく、且つ重量を低減したものである。
【０００７】
また、請求項１に記載された電動式圧縮機においては、モータケーシングの内部のモータ部の構成部分の隙間によって、吸入室の少なくとも一部が形成されるので、吸入室として十分に大きな容積を確保することができると共に、吸入室は電動式圧縮機を含むシステムの中で最も低圧となる部分であるため、モータケーシングの肉厚を薄くすることが可能になり、結果として電動式圧縮機の重量を軽減させ得る。また、ポンプケーシングの内面とその内部に取り付けられた圧縮機部との隙間によって吐出室が形成されるので、圧縮機部が小型化されるほどモータケーシングとの体格の差によるデッドスペースを活用して吐出室の容積を大きくすることが可能になり、吐出脈動を効果的に抑制することができる。
【０００８】
仮に、モータケーシング内を吐出室とした場合には、高圧空間であるモータケーシング内から境界面を貫通してポンプケーシング内の吸入室のような低圧空間へ伸びるシャフトの周りには、境界面を通過する部分にメカニカルシールのような高価な軸封装置を設ける必要が生じるが、本発明の場合は、モータケーシング内を吸入空間としているので、シャフトがモータケーシング内の低圧の吸入空間からポンプケーシング内の吸入室のような低圧空間へ伸びることになり、その間には実質的な圧力差がないため、シャフトが貫通する境界面に軸封装置を設ける必要がない。それによって大幅なコストダウンが可能になる。また、モータケーシング内のモータ部が低温の戻り冷媒によって十分に冷却されるために、システム全体の効率が高くなるほか、モータケーシング内を比較的低圧の吸入空間としているため、この電動式圧縮機を空調装置用の冷凍サイクルでも特にアキュームレータサイクルにおける冷媒圧縮機として使用した場合には、戻り冷媒の過熱度を確保して液冷媒の戻りを防止することができるので、システムの信頼性が高くなるというような利点も生じる。
【０００９】
請求項２に記載された電動式圧縮機においては、ミドルケーシングをシャフトの軸受の支持部として利用するだけでなく、吸入室と吐出室との間を区切る仕切板として利用するができる。
【００１０】
請求項３に記載された電動式圧縮機においては、吐出室が筒形状を呈し、請求項４に記載された電動式圧縮機においては、吐出室が有底の筒形状を呈する。
【００１１】
請求項５に記載された電動式圧縮機においては、本発明による電動式圧縮機が空調装置においてＣＯ2 冷媒を圧縮する冷媒圧縮機として使用されるため、フレオン冷媒を使用する場合に比べて同等の冷房効果を挙げ得る場合に、吐出圧は高くなるものの吐出量が８分の１程度に減少するため、圧縮機部がきわめて小型化される。その結果、ポンプケーシングと圧縮機部との間に形成される吐出室の容積を、モータケーシングとの体格差によるデッドスペースを利用するだけで十分に大きくすることが可能になるので、電動式圧縮機全体を小型・軽量化しながらも、吐出室を大きくして吐出脈動を効果的に抑制することができる。
【００１２】
請求項６ないし８に記載された電動式圧縮機によれば、本発明の電動式圧縮機における圧縮機部としては、少なくともスクロール型圧縮機、ベーン型の冷媒圧縮機、及びピストン型の冷媒圧縮機の中から最適の形式を選択して使用することができる。
【００１３】
いずれにしても、本発明によれば、従来の圧縮機と同じ性能を有するものとして、より小型で軽量の電動式圧縮機を提供することが可能になる。また、電動式圧縮機を使用するシステムにおいては、一般に、ゴムホースのような可撓性のある配管を使用して接続を行うことがないので、電動式圧縮機を自動車のシャシー等に直接に取り付けると、吐出脈動による振動や騒音が車室内へ伝播しやすくなるが、本発明によって全体の体格を大きくすることなく吐出室の容積を大きくすることが可能になるので、吐出脈動が効果的に低減し、車室内へ伝播する振動や騒音が減少する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１実施形態としてのスクロール型圧縮機の断面構造を示す。１は中心部のシャフトであって、フロント軸受２とリア軸受３によって軸承されている。Ｍは概括的にモータ部Ｍを示すもので、モータ部Ｍはシャフト１に取り付けられて回転し得るモータロータ４ａと、固定のモータステータ４ｂと、モータステータ４ｂの一部でもあるモータコイル４ｃ等からなっている。モータステータ４ｂはモータケーシング５の内部に固定されている。モータケーシング５は一端側の中心部において円筒状に内方に向って突出しており、そこに前述のフロント軸受２を支持する支持部５ｂを形成している。また、モータケーシング５の同じ一端側の面には吸入ポート５ａが開口しており、それによって、モータケーシング５内のモータロータ４ａ及びモータステータ４ｂの隙間からなる大きな空間は、後述の吸入室１０の上流側の部分を構成する。
【００１５】
モータケーシング５の他端側は全部が大きな開口を形成しているが、その開口面を塞ぐように概ね円板状のミドルケーシング６が取り付けられる。ミドルケーシング６の中心部分はモータ部Ｍの内方に向って円筒状に突出していて、前述のリア軸受３を取りつけるための支持部６ｂとなっている。第１実施形態においては、ミドルケーシング６の他端側に圧縮機部Ｃとしてのスクロール型圧縮機が取り付けられるので、その自転防止ピン１４（後述）の可動範囲を制限するための円形の穴であるポケット６ａが、ミドルケーシング６の他端側の面に複数個設けられている。
【００１６】
前述のモータケーシング５及びミドルケーシング６に対して、それらと連続するようにポンプケーシング７が、図示しない通しボルト等によって締結されて一体化される。そして、図１に示す第１実施形態の場合は、圧縮機部Ｃとなるスクロール型圧縮機のシェル８が、ミドルケーシング６と、ポンプケーシング７の内部に形成された突出部との間に挟まれるようにして固定される。そのようにしてポンプケーシング７が、圧縮機部Ｃのシェル８の外周部を外側からデッドスペースに相当する隙間を置いて包囲することにより、シェル８の外側のポンプケーシング７の内部に圧縮機部Ｃのための円筒形の吐出室９が形成される。更に、シェル８の軸方向下端面とポンプケーシング７の下端面との間に隙間を設けて吐出室９の一部とした場合には、カップ形の有底の円筒形をした容積が大きい吐出室９が形成される。従って、これらの場合は、いずれもポンプケーシング７の下端面の適所に吐出ポート７ａが設けられる。
【００１７】
第１実施形態の場合は、圧縮機部Ｃはスクロール型圧縮機として構成されるので、良く知られているスクロール型圧縮機と同様に、固定のシェル８の内部には渦巻き形の羽根からなるシェル羽根部８ａが形成されている。シェル羽根部８ａの外側の空間は吸入室１０となっていて、図示しない通路によって前述のモータ部Ｍ内の隙間に形成された空間と連通しており、その空間を介して吸入ポート５ａにも連通している。その吸入ポート５ａは図示しない配管によって、空調装置の冷凍サイクルにおけるエバポレータに接続される。また、シェル端板部８ｂの中心部には吐出孔８ｃが開口しており、それを外側から覆うようにリード弁状の吐出弁１１が設けられている。吐出室９の吐出ポート７ａは、図示しない配管によって空調装置の冷凍サイクルにおけるコンデンサに接続される。
【００１８】
第１実施形態においては、圧縮機部Ｃはスクロール型圧縮機として構成されているから、シェル８の内部にはロータ１２が設けられる。ロータ１２のロータ端板部１２ｂは、クランク部軸受１３を介してシャフト１の下端に偏心して形成されたクランクピン１ａに係合しており、クランクピン１ａによって回転駆動される。ロータ端板部１２ｂにはロータ羽根部１２ａが形成されていて、前述のシェル羽根部８ａと噛み合っている。ロータ１２の自転を阻止するために、ロータ端板部１２ｂのミドルケーシング６に接触して摺動し得る面には円形の穴であるロータポケット１２ｃが複数個形成されており、それぞれに対応する前述のミドルケーシング６のポケット６ａとの間に自転防止ピン１４が挟持されている。
【００１９】
図２（ａ）は図１のポンプケーシング７とシェル端板部８ｂの横断面を示すもので、第１実施形態の場合はＣＯ2 冷媒を使用するので、フレオン冷媒を使用する場合に比べて同等の冷房能力を発揮するのに約８分の１程度の吐出容量があれば十分であることから、圧縮機部Ｃがきわめて小型化される結果、通常の大きさを有するモータ部Ｍとの体格の差としてシェル８の周囲に大きなデッドスペースが生じるが、本発明においてはそのデッドスペースが吐出室９として活用される結果、圧縮機部Ｃの大きさに比して十分に容積の大きな吐出室９が形成されて、圧縮機部Ｃの吐出脈動を効果的に平滑化することができる。
【００２０】
これに対して、従来のようにフレオン冷媒を使用した場合には、図２（ｂ）に示すように、圧縮機部Ｃのシェル８が大型化する結果、シェル８の周囲に吐出室９を形成することができなくなるので、吐出室９の外径を圧縮機部Ｃのそれと同程度にするとすれば、シェル端板部８ｂの軸方向外側に比較的小さな容積の吐出室９を形成することができるに過ぎない。吐出室９が小さくなることによって、冷凍サイクルへ吐出される冷媒の吐出脈動が大きくなるので、その対策として吸入室１０やモータケーシング５の外径よりも大きい大容量の吐出室９を形成すると、冷媒圧縮機全体の体格が大きくなることを避けることができない。
【００２１】
第１実施形態は図１及び図２の（ａ）に示すような構成を有するので、モータ部Ｍに電力を供給することによってシャフト１を回転させると、偏心したクランクピン１ａによってロータ端板部１２ｂが回転駆動されると共に、ロータ端板部１２ｂは自転防止ピン１４によって自転を阻止されるので、ロータ１２はシャフト１の中心軸線の回りに公転し、ロータ羽根部１２ａと、それが噛み合っているシェル８のシェル羽根部８ａとの間に形成される作動室は、外周において吸入室１０に向かって開いたときに取り込んだＣＯ2 冷媒を、作動室が閉じると共に漸次中心部に向かって移動する間に容積が縮小することによって圧縮する。圧縮されたＣＯ2 冷媒は中心部の作動室から吐出孔８ｃを通り、吐出弁１１を押し開いて吐出室９内へ吐出される。
【００２２】
ポンプケーシング７内には、ＣＯ2 冷媒を使用することによって小型化された圧縮機部Ｃのシェル８の周囲のデッドスペースから、シェル８の端部側にかけて容積の大きい有底筒状（カップ状）の吐出室９が形成されているので、吐出脈動は確実に平滑化され、吐出脈動の少ない連続的な流れとなって冷凍サイクルのコンデンサへ流入するため、吐出脈動によって振動・騒音が発生するのを防止することができる。
【００２３】
冷凍サイクルのエバポレータから帰って来るＣＯ2 冷媒は、モータケーシング５内のモータ部Ｍを構成するモータロータ４ａ、モータステータ４ｂ、モータコイル４ｃ等の隙間によって形成される吸入室上流側部分と、それに連通しているポンプ部Ｃ内の吸入室１０によって十分に大きな吸入室空間が形成されているため、吐出脈動が更に平滑化される。第１実施形態の場合、冷凍サイクルがＣＯ2 冷媒を使用するものではあっても、吸入室空間は冷凍サイクルの中で最も低圧となる部分であるから、モータケーシング５の内部圧力は比較的低いので、モータケーシング５の肉厚をさほど厚くする必要がない。従って、吐出室９のためにポンプケーシング７を特別に大型化する必要がないことと併せて、本発明の場合は圧縮機全体の体格と重量が大きくなることを防止して、冷媒圧縮機を小型・軽量化することが可能になる。
【００２４】
図３は本発明の第２実施形態としてのベーン型の冷媒圧縮機の構造を示すものであるが、前述の図１に示すスクロール型圧縮機と実質的に共通の構成要素には同じ参照符号を付すことによって、重複する説明を省略することにする。第２実施形態においてもモータ部Ｍの構造は図１に示す第１実施形態の場合と同じであるが、第２実施形態の特徴は、それがベーン型の冷媒圧縮機であることから圧縮機部Ｃの構造が多少異なっている点にある。しかし、第２実施形態の圧縮機部Ｃの構造は公知のベーン型の冷媒圧縮機と同じものでよいから、その構造の説明は主要部のみに止める。
【００２５】
ミドルケーシング６とポンプケーシング７の間に取り付けられたステータ１５の円形の空間１５ａには比較的小径のロータ１６がシャフト１の軸心線に対して偏心した位置に挿入されており、ロータ１６がシャフト１のクランクピン１ａによってクランク部軸受１３を介して回転駆動されることによって、円形の空間１５ａ内で公転に近い揺動をすることになる。ロータ１６の自転は図示しない自転防止機構によって阻止されている。ロータ１６には概ね半径方向にベーンのための溝１６ｂが形成されていて、その中に板状のベーン１７が半径方向に出入りすることができるように挿入され、図示しないばね等によって半径方向外方へ付勢されて、円形の空間１５ａの円筒面に常時接触している。ベーン１７は、ステータ１５の側に半径方向の溝を形成して、その溝に出入り自由に挿入すると共に、常時ロータ１６の外周の円筒面に接触するように付勢してもよい。
【００２６】
シャフト１の回転に伴うクランクピン１ａの偏心運動によって、ロータ１６はクランク部軸受１３を介して揺動運動を強制されるので、ステータ１５の円形の空間１５ａの円筒形の内壁面とロータ１６の外周面との間に形成される三日月形の空間は、ベーン１７によって前後の室に仕切られる。そこで、それらの一方の室と、モータケーシング５内及び吸入ポート５ａとを連通させる図示しない吸入孔をミドルケーシング６に設けると共に、他方の室と吐出室９を連通させ得る吐出孔１５ｂをステータ１５の外周寄りの所定の位置に設けて、それを吐出弁１１によって外方から塞ぐようにすると、ロータ１６の揺動に伴ってベーン１７の一方の室の容積が増大するときに吸入ポート５ａからの吸入冷媒が吸入され、その室が縮小するときに圧縮されて、他方の室の位置へ移動したときに吐出孔１５ｂから吐出弁１１を押し開いて吐出室９へ吐出される。
【００２７】
その他の作動は第１実施形態の場合と実質的に同じであるから、第２実施形態の圧縮機部Ｃも、第１実施形態のそれと概ね同様なポンプ作用をして、第１実施形態と同様な作用効果を奏することができる。
【００２８】
図４は本発明の第３実施形態としてのピストン型の冷媒圧縮機の構造を示すものであるが、前述の図１に示すスクロール型圧縮機又は図３に示すベーン型の冷媒圧縮機と実質的に共通の構成要素には、同じ参照符号を付すことによって重複する説明を省略することにする。第３実施形態においてもモータ部Ｍの構造は図１に示す第１実施形態や図３に示す第２実施形態の場合と同じであるが、第３実施形態の特徴は、それがピストン型の冷媒圧縮機であることから圧縮機部Ｃの構造が前述のものとは多少異なっている点にある。しかし、第３実施形態の圧縮機部Ｃの構造は公知のピストン型の冷媒圧縮機と同じものでよいから、その構造の説明は主要部のみに止める。
【００２９】
ミドルケーシング６とポンプケーシング７の間において、シャフト１の軸心に対して偏心した位置に取り付けられたシリンダブロック１８にはシリンダ１８ａが形成されており、それに対して円筒形のピストン１９が摺動可能に挿入されている。ピストン１９の移動によってシリンダ１８ａ内には容積が変化する作動室２０が形成される。ピストン１９の上部の空間である吸入室１０と、下部の空間である作動室２０との間を連通し得る吸入孔１９ａがピストン１９を貫通して穿孔され、その作動室２０側の面に吸入弁２１が設けられている。また、シリンダブロック１８の下端面には作動室２０と吐出室９との間を連通し得る吐出孔１８ｂが穿孔され、その吐出室９側の面に吐出弁１１が取り付けられている。シリンダ１８ａの中でピストン１９を上下方向に往復運動させるために、シャフト１の下端部とピストン１９の間を、両端にボールジョイントを備えたコネクティングロッド２２が連結している。
【００３０】
モータ部Ｍによって回転駆動されてシャフト１が回転することによりコネクティングロッド２２を介して、ピストン１９はシリンダ１８ａ内で上下方向に往復運動をする。従って、ピストン１９が上昇するときに作動室２０の容積が拡大するので、吸入弁２１が開いて吸入室１０から低圧の冷媒を作動室２０内へ吸入する。また、ピストン１９が下降するときは作動室２０の容積が縮小すると共に吸入弁２１が閉じるので、作動室２０内の冷媒は圧縮されて吐出弁１１を押し開き吐出孔１８ｂから吐出室９へ吐出される。
【００３１】
第３実施形態においても、その後の作動は第１実施形態及び第２実施形態のそれと同じであるから、実質的に第１実施形態及び第２実施形態と同様な作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるスクロール型圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】スクロール型圧縮機のシェルの端部の横断面を示すもので、（ａ）は図１に示す本発明のもの、（ｂ）は従来技術に属するものである。
【図３】本発明の第２実施形態であるベーン型の冷媒圧縮機を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態であるピストン型の冷媒圧縮機を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ｍ…モータ部
Ｃ…圧縮機部
１…シャフト
２，３…軸受
５…モータケーシング
５ａ…吸入ポート
６…ミドルケーシング
７…ポンプケーシング
７ａ…吐出ポート
８…シェル
８ｃ…吐出孔
９…吐出室
１０…吸入室
１１…吐出弁
１２…ロータ
１３…クランク部軸受
１４…自転防止ピン
１５…ステータ
１５ａ…円形の空間
１５ｂ…吐出孔
１６…ロータ
１７…ベーン
１８ａ…シリンダ
１８ｂ…吐出孔
１９…ピストン
１９ａ…吸入孔
２０…作動室
２１…吸入弁
２２…コネクティングロッド
【図１】
0003969840.tif 000002
【図２】
0003969840.tif 000003
【図３】
0003969840.tif 000004
【図４】
0003969840.tif 000005