(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部に吸入弁を配設した吸入ポートと吐出弁を配設した吐出ポートとを備えた４個のシリンダの頂部周辺に電磁コイルをそれぞれ配設し、各シリンダの底部相互間は連通路によって連通するように連結されると共に、４個のシリンダは、２個ずつが直線的に対向し、
この連結されたシリンダ内部に磁性流体を収納するとともに、２個のシリンダが直線的に対向したものを組として、各組における２つの電磁コイルを交互に励磁または消磁せしめて前記磁性流体を交互に移動せしめることにより、各組のシリンダ内部において、磁性流体とシリンダ頂部との間に冷媒ガスを同時に圧縮する圧縮室を形成したことを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
４個のシリンダの底部が１点に集中するように配列し、
各シリンダの底部相互間を十字路状の連通路により連通することを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
【請求項３】
２個のシリンダを底部同士が対向するように直線的に配列したもの２組を並列して配列し、
各シリンダの底部同志をＩ字状の連通路により相互に連通することを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
【請求項４】
二酸化炭素を冷媒として使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用や車両用のエアコン装置に用いられる電動圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動圧縮機は、機械的圧縮機構によりシリンダ内空間を縮小拡大して冷媒ガスを圧縮するように構成されていた。例えば、車両用エアコンに使用されている斜板式圧縮機においては、一般にエンジンや電動機の回転運動を直線運動に変換して、シリンダ内部に収納されたピストンを往復動させることにより圧縮作用を行っていた。
このため、形状が大きくなり、また、配置形状において拘束条件が厳しく自由な設計ができないという問題があった。更には、機械的圧縮機構による振動、騒音が大きくなり勝ちであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、機械的圧縮機構を不要とすることにより、形状を自由に設定でき、更に、小形、低振動、低騒音の電動圧縮機を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、頂部に吸入弁を配設した吸入ポートと吐出弁を配設した吐出ポートとを備えた４個のシリンダの頂部周辺に電磁コイルをそれぞれ配設し、各シリンダの底部相互間は連通路によって連通するように連結されると共に、４個のシリンダは、２個ずつが直線的に対向し、この連結されたシリンダ内部に磁性流体を収納するとともに、２個のシリンダが直線的に対向したものを組として、各組における２つの電磁コイルを交互に励磁または消磁せしめて前記磁性流体を交互に移動せしめることにより、各組のシリンダ内部において、磁性流体とシリンダ頂部との間に冷媒ガスを同時に圧縮する圧縮室を形成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明では、４個のシリンダの底部が１点に集中するように配列し、各シリンダの底部相互間を十字路状の連通路により連通することを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明では、２個のシリンダを底部同士が対向するように直線的に配列したもの２組を並列して配列し、各シリンダの底部同志をＩ字状の連通路により相互に連通することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明では、前記電動圧縮機に使用される冷媒を二酸化炭素としたことを特徴とする。
【０００９】
従って、上記のように構成された請求項１〜４に記載の電動圧縮機においては、各シリンダ頂部の周辺に配設された電磁コイルを励磁することにより、シリンダ内部に収容された磁性流体がこの励磁されたシリンダ頂部付近に引き寄せられる。従って、シリンダ頂部の周辺に配設された電磁コイルを半数づつ交互に励磁又は消磁することにより、シリンダ内部に収容された磁性流体が励磁された電磁コイル側のシリンダに交互に移動する。従って、この磁性流体の移動に伴い、各シリンダにおいて頂部と磁性流体との間に形成された圧縮室が縮小あるいは拡大され、これにより吸入ポートから冷媒ガスが圧縮室に吸入され、また、圧縮室内部で冷媒ガスが圧縮され、そして、圧縮された冷媒ガスが吐出ポートから外部に排出される。
また、シリンダの連結はどのような配置で連結されていても磁性流体は移動可能であるので、シリンダの配置は自由である。更に、従来のように機械的圧縮機構が内蔵されていないので、振動、騒音が小さくなる。また、圧縮機構としては、シリンダの頂部に電磁コイルを配設する構成であるので、従来の機械的圧縮機構に比し、構造が簡単となり小形化することが可能となる。
【００１１】
また、請求項２及び３に記載の電動圧縮機においては、直線的に対立する二つのシリンダ相互間において、磁性流体が連通路中央位置について対称方向に移動して同時に吸入、圧縮、吐出が行われるため、磁性流体の往復による振動が互いに打ち消し合い振動が軽減される。
【００１２】
また、請求項４に記載の電動圧縮機においては、冷媒として二酸化炭素を使用しているため、冷媒の容積がフロン系冷媒を使用する場合に比し極めて小さいものとなる、例えば、フロン系冷媒としてＲ１３４ａを使用する場合に比し約５分の１程度となる。従って、本電動圧縮機においてはシリンダボリュームがそれだけ小さなものとなり、上記のような構成を採用することがより容易となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両用エアコン装置に具体化した第１の実施の形態を図１及び２に基づき説明する。
図１は、第１実施の形態に係わる電動圧縮機についての縦断面図であり、図２は図１におけるシリンダおよび連通路の模式的配置図である。
これら図において、１は外周形状が円形のシリンダブロックで、このシリンダブロック１は、外周壁１ａと中央部に形成された中空軸状のシリンダ構成体１ｂとを有し、両者は、図示されていないが、シリンダブロック１の左右方向中間部の適宜の半径方向位置において連結されている。このようにして、外周壁１ａとシリンダ構成体１ｂとの間の大部分が環状空間部１ｃとして構成されている。
【００１４】
上記シリンダ構成体１ｂの内部には、両端部に開口する適宜直径の円筒状シリンダ１１、１２が構成され、これらシリンダ１１、１２は、底部において漏斗状に形成され、シリンダ１１、１２より小径の連通路に１３より連通されている。また、このシリンダ１１、１２の開放端（頂部）は、弁板２１を介してヘッドカバー３２によりそれぞれ閉蓋されている。なお、シリンダブロック１と両ヘッドカバー３２はボルト等の適宜の手段により連結されている。
【００１５】
弁板２１は、前記シリンダ１１、１２に対応する位置、即ちシリンダ１１、１２の頂部対応位置に、吸入弁２４を備えた吸入ポート２３と吐出弁２６を備えた吐出ポート２５とを有する。
前記ヘッドカバー３２は、前記吸入ポート２３を介してシリンダ１１、１２に連通される吸入室３４と、前記吐出ポート２５を介してシリンダ１１、１２に連通される吐出室３６とを備えている。また、この吸入室３４を外部冷媒回路に接続する吸入口４２と、前記吐出室３６を外部冷媒回路に接続する吐出口４４とをそれぞれ有している。
【００１６】
前記シリンダ１１、１２内には、細かい粒状の磁性体を含む磁性流体５０が充填されている。そして、シリンダ１１、１２の頂部を取り巻く前記環状空間部１ｃの両端部には、電磁コイル１７がそれぞれ配設され、該電磁コイル１７を交互に励磁することにより、磁性流体５０を何れか一方のシリンダ１１、１２の頂部に誘引するように形成されている。なお、磁性流体５０の充填量は、一方のシリンダ１１、１２に磁性流体５０が集められたときに、他方のシリンダ１１、１２内には冷媒ガスを吸引するように空間、即ち、圧縮室２０が形成される程度の量とする。
【００１７】
また、５２はフロートであって、磁性流体５０がシリンダ１１、１２内で自重により下方部分に溜まって、前記電磁コイル１７，１８の誘導作用が円滑に作用しなくなることを防止するためのものであり、磁性流体５０とシリンダ１１、１２の頂部との間にそれぞれ配設されている。この場合、前記圧縮室２０はフロート５２とシリンダ頂部との間に形成される。しかし、このフロート５２は、磁性流体５０の粘度や表面張力を適正に選択することにより不要となすことができる。
【００１８】
上記のように構成された電動圧縮機において、二つの電磁コイル１７が交互に励磁されると、例えば、図１においては、左側の電磁コイル１７が励磁され、右側の電磁コイル１７が消磁された状態であるが、磁性流体５０は左側のシリンダ１１に集められ、右側のシリンダ１２は空洞化して圧縮室２０内部の圧力が低下する。このようにシリンダ１１、１２内の冷媒ガスが所定圧力より低下すると吸入弁２４は開放され、吸入口４２を介し外部冷媒回路から冷媒ガスが圧縮室２０に吸入される。また、左側シリンダ１１内においてはシリンダ頂部の空間が縮小されるため、圧縮室２０の内部に充満する冷媒ガスが圧縮される。このように、シリンダ１１、１２内の冷媒ガスが所定圧力に上昇すると、吐出弁２６が開放され、圧縮ガスが吐出口４４から外部冷媒回路へ放出される。この場合、使用される冷媒を二酸化炭素とすると蒸発圧力が高いため高圧とする。このため、高密度となり、したがって極く小容量でも十分機能する。そして、左側シリンダ１１の圧縮行程と、右側シリンダ１２の吸入行程が同時に終了すると、左側の電磁コイル１７は消磁され，右側の電磁コイル１７が励磁され、上記と対称的な作用が各シリンダ１１、１２内において行われる。
第１実施の形態の電動圧縮機においては、以上のような動作が繰り返し行われることにより圧縮作用が行われる。
【００１９】
また、本実施の形態の電動圧縮機によれば、圧縮機構は電磁力と磁性流体の移動により行われるので、機械的な圧縮機構がなく、振動、騒音が小さくなり、機械的圧縮機構の損壊等の故障が生じる虞れもない。また、シリンダ１１、１２の各頂部に電磁コイル１７を配設する構成であるので、従来の機械的圧縮機構に比し、構造が簡単となり小形化することが可能となる。また、本実施の形態においては、シリンダ１１、１２の底部を直線的に連結しているため、電動圧縮機の全体形状を細長形状とすることができる。
【００２０】
上記第１実施の形態においては、上述の如く図２の模式図からも把握できるように、二つの円筒状シリンダ１１、１２の底部を漏斗状に絞り、これら底部間を小径の連通路１３により相互に連結されるように配置していたが、連通路の形状、シリンダの形状、シリンダの数、シリンダの配置等についてはこのような例に限定されない。何故ならば、磁性流体５０は連通路が確保されている限り、連通路の形状、シリンダの形状、シリンダの数、シリンダの配置等如何にかかわらず移動が可能となるからであり、連通路の形状、シリンダの形状、シリンダの数、シリンダの配置などについては、以下に記す実施の形態のようにいろいろな態様を採ることができる。以下これら他の実施の形態について説明する。尚、以下に記す実施の形態は、連通路の形状、シリンダの形状、シリンダの数、あるいはシリンダの配置に係わるものであるので、図２と同様の模式的図面により簡潔に説明する。更に、これら実施の形態においては、上記第１実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を使用し、その説明を簡略化する。
【００２１】
第２実施の形態は、図１における連通路５０の形状を変形したものである。
この第２実施の形態は、図３の模式的図面に示すように、シリンダ１１１、１１２は、頂部に向かって直径が小さくなり、底部に向かって直径が大きくなる形状で、連通路５０中央位置について対称的な形状とされており、拡大された直径の連通路１１３により連通されている。また、各シリンダ１１１、１１２の頂部周辺に配設された電磁コイル１１７は、このシリンダ１１１、１１２の壁面に合わせた配置とされている。
このように構成した電動圧縮機にあっては、前記第１実施の形態と同様に吸入、圧縮、吐出されるが、上記の様な構成を採ったものにおいては、圧縮行程において、冷媒ガスの圧力は上昇するにつれ、磁性流体５０の移動量に対する圧力上昇度合いが軽減されるため、過圧縮の虞れが軽減される。
【００２２】
第３実施の形態は、図４の模式的図面に示すように、２個のシリンダ２１１、２１２を底部同志が対向するように直線的に配列し、また、他の２個のシリンダ２２１、２２２を同様に配列し、これら二組のシリンダを並列して配列し、更に、これらシリンダ２１１、２１２、２２１、２２２の底部相互間をＩ字状の連通路２１３により連通している。また、各シリンダ２１１、２１２、２２１、２２２の各頂部周辺に配設した電磁コイル１７は、シリンダ２１１、２１２に配設したものを組として同時に励磁または消磁し、また、シリンダ２２１、２２２に配設したものを他の組として前記シリンダ２１１、２１２に配設した前記組のものとは対称的に励磁または消磁させるように構成している。
このように構成することにより、底部を向き合わせて直線的に配列された２個のシリンダ２１１、２１２相互間で、また、他の２個のシリンダ２２１、２２２相互間で磁性流体がそれぞれ対称的に移動し、同時に吸入、圧縮、吐出が行われるため、磁性流体の往復振動が軽減される効果がある。
【００２３】
第４実施の形態は、図５の模式的図面に示すように、４個のシリンダ３１１、３１２、３２１、３２２を底部同志が１点に集中するように十字路状に配列し、これらシリンダ３１１、３１２、３２１、３２２の底部相互間を、十字路状の連通路３１３により相互に連通している。また、各シリンダ３１１、３１２、３２１、３２２の各頂部周辺に配置した電磁コイル１７は、直線的に対向しているシリンダ３１１、３１２に配設したものを組として同時に励磁または消磁し、これらシリンダ３１１、３１２と直交するように配置されている他のシリンダ３２１、３２２に配設したものを他の組として、前記シリンダ３１１、３１２に配列した前記組のものとは対称的に励磁または消磁させるように構成している。
このように構成することにより、底部を向き合わせて直線的に配列された２個のシリンダ３１１、３１２内で、また、他の２個のシリンダ３２１、３２２内では、磁性流体がそれぞれ対称的に移動し、同時に吸入、圧縮、吐出が行われるため、磁性流体の往復動による振動が軽減される効果がある。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。
請求項１〜４記載の発明によれば、シリンダの配置が自由であるので、種々の形状を容易に形成することができる。更に、従来のような機械的圧縮機構がないため、振動、騒音が小さくなる。また、構造が簡単となり小形化することができる。
【００２６】
また、請求項２及び３に記載の発明によれば、上記効果に加え、直線的に配列された二つのシリンダ内で磁性流体が連通路中央位置について対称的に移動するため、磁性流体の往復振動が軽減される。
また、請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加え、冷媒として二酸化炭素を使用するため、圧縮機構が小型化され、上記のような構成を採用することがより容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明第１実施の形態の電動圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】  同第１実施の形態のシリンダおよび連通路の模式的配置図である。
【図３】  本発明第２実施の形態としてシリンダおよび連通路の模式的配置図である。
【図４】  本発明第３実施の形態としてシリンダおよび連通路の模式的配置図である。
【図５】  本発明第４実施の形態としてシリンダおよび連通路の模式的配置図である。
【符号の説明】
１…シリンダブロック、１ａ…シリンダブロックの外周壁、１ｂ…シリンダブロックのシリンダ構成体、１ｃ…環状空間部、１１、１２、１１１、１１２、２１１、２１２、２２１、２２２、３１１、３１２、３２１、３２２…シリンダ、１３、１１３、２１３、３１３…連通路、１７…電磁コイル、２０…圧縮室、２１…弁板、２３…吸入ポート、２４…吸入弁、２５…吐出ポート、２６…吐出弁、３２…ヘッドカバー、３４…吸入室、３６…吐出室、４２…吸入口、４４…吐出口、５０…磁性流体、５２…フロート。
【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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