JP3888129B2

JP3888129B2 - 自動車用空気調和機

Info

Publication number: JP3888129B2
Application number: JP2001333668A
Authority: JP
Inventors: 砂穂舟越; 英範横山; 正雄今成; 雅嗣近野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: US20030082061A1; DE60211272D1; JP2003136947A; EP1308328A2; EP1308328B1; EP1308328A3; DE60211272T2; US6682322B2

Description

【０００１】
【発明属する技術分野】
本発明は、自動車用空気調和機の電動圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化防止を目的とした二酸化炭素排出量の規制や有害物質の排出量削減が叫ばれている。この命題を実現するため、自動車においては低公害な燃料電池を電源とする電気自動車の開発が盛んに行われ実用化されつつある。一方で、現時点の技術でも即実現可能なものとしてアイドルストップ車が市場に投入されつつある。
【０００３】
ところで、自動車には冷房専用の空気調和機が用いられているが、ガソリンやディーゼルエンジン車の場合、空気調和機に使用される冷凍サイクル中の圧縮機は開放型の圧縮機が用いられており、この種圧縮機は車両駆動用のエンジンを駆動源としているため、自動車が停止していてもエンジンがアイドリング状態であれば圧縮機は駆動されて何らの支障もなく車内を空気調和することができる。
【０００４】
しかしながら、アイドルストップ車は車両が停止するとエンジンを停止させてしまうのでこの間車内を空気調和できないと云う不具合がある。特に、真夏の渋滞では車内の温度が上昇してしまうので問題である。また、電気自動車はエンジンが搭載されてなく車両の駆動源はモータであるので、仮にこのモータに圧縮機を連結して駆動させたとしても、上記同様車両停止時は圧縮機駆動源がなくなるので、車内を空気調和できないという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、密閉チャンバ内に電動機を搭載し、これを駆動源として圧縮機構部を動作させる所謂電動圧縮機とすることが考えられている。
【０００６】
特開平１１−４４２９６号公報には、自動車用空気調和機の圧縮機として横型電動圧縮機とし、圧縮機構部を効率のよいスクロール圧縮機、ロータリ圧縮機とすることが記載されている。
【０００７】
また、この公報には問題点として、自動車は、急停車、急発進、急な加減速時の慣性、カーブ走行時やターン時の慣性、あるいは上り坂や下り坂を走行し、傾斜地に駐停車することが挙げられている。密閉形電動圧縮機は、開放型の潤滑油に比べて粘度の低い潤滑油が用いられており、家庭用空気調和機では水平になるように設置されているので何らの問題となることもなかったのであるが、自動車用にこの密閉形電動圧縮機を用いた場合、自動車の走行状態や駐車状態によっては、潤滑油が移動し、軸受けなどの潤滑環境が悪化する場合がある。
【０００８】
この問題を解決するため、この公報に於いては、密閉形電動圧縮機の、主軸受け及び副軸受けを転がり軸受けとし、これら軸受けへの給油を給油ポンプにより強制的に行うことが記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術の横型圧縮機は、圧縮機構部の電動機部を介して反対側下部に給油パイプ先端部を有しているので、圧縮機構部が低くなる方向に圧縮機が傾いた場合、潤滑油が容器の圧縮機構部側に偏ってしまい、給油パイプの先端部が油面上方に露出し、潤滑油の供給が途絶えるためにシャフトや軸受けが磨耗や焼付きを起こすおそれがあった。また上記従来技術においては、軸受けにボールベアリングを用いているため、すべり軸受けと比較して生産が困難でコストが高いという問題があった。
【００１０】
磨耗や焼付けを起こす恐れがある場合、何らかの検知手段によりこれを検知し圧縮機を停止する必要があるが、圧縮機の停止が頻繁に行われると空気調和できなくなるため使用者にとって不快なものである。
【００１１】
本発明の目的は、車内空気調和用の冷凍サイクルにおける圧縮機として横型の密閉形電動圧縮機が搭載される自動車用空気調和機において、横置き型密閉形電動圧縮機の各摺動部の油切れが生じにくく、使用者の不快感を低減する自動車用空気調和機を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、車内を空気調和する冷凍サイクルに用いられ、密閉チャンバ内に圧縮機構部及び回転軸を介してこれを駆動する電動機部とを有し、この回転軸側面に対向する密閉チャンバ内面を底部とする横置き密閉形電動圧縮機を備えた自動車用空気調和機において、
前記圧縮機構部の冷媒吐出ポートを含む空間と前記密閉チャンバから冷凍サイクルへ冷媒を吐出する冷媒吐出口を含む空間とを仕切り、上部及び下部に通路を有する仕切部材とを備え、前記冷媒吐出口を含む空間に潤滑油の給油パイプを配置し、前記仕切部材の下部の通路に逆止弁を取り付けたことにより達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。本発明の一実施形態（第１の実施形態）の自動車用空気調和機の電動圧縮機を図１から図５により説明する。図１は本実施の形態の自動車用空気調和機の電動圧縮機の縦断面図、図２は図１における仕切板１６の構造を示すＡ−Ａ矢視断面図、図３は図１の逆止弁近傍の拡大図、図４は圧縮機が傾斜した場合の逆止弁近傍を示す図、図５は本発明の電動圧縮機を実車に装着した一例を示す斜視図である。
【００１４】
まず、本実施形態における自動車用空気調和機の電動圧縮機の構成と動作について図１により説明する。本実施形態の密閉形電動圧縮機は横型スクロール圧縮機で、旋回スクロール部２と密閉チャンバであるケース１に固定された固定スクロール部３とからなる圧縮機構部１０１、ロータ８およびケース１に固定されたステータ７からなる電動機部１０２、圧縮機構部１０１の旋回スクロール部２に電動機部１０２のロータ８の駆動力を伝達するシャフト（回転軸）４と、これら構成部品を収納するケース１などから構成される。シャフト４はフレーム５に設けられた主軸受け５１とロータ８の反対側に設けられた副軸受け６によって支持される。主軸受け５１はすべり軸受けである。フレーム５はケース１に固定されている。副軸受け６の外側は球面になっており、軸受けハウジング１５に支えられて動くことができるようになっているが、これもすべり軸受けの一種である。
【００１５】
仕切部材である仕切板１６は軸受けハウジング１５を支えている。シャフト４の主軸受けよりも更に圧縮機構部側の部分は偏心させてあり、旋回スクロール部２に設けられた旋回軸受け２３に嵌め入れてある。旋回軸受け２３もすべり軸受けである。電動機部１０２のロータ８が回転することによりシャフト４が回転し、旋回スクロール部２は自転しない円運動である旋回運動を行う。旋回スクロール部２が自転しないように旋回防止機構としてオルダムリング１７が設けられる。旋回スクロール部２の鏡板２１には渦巻き形状のスクロールラップ２２が立てられており、一方、固定スクロール部３の鏡板３１にもスクロールラップ３２が立てられており、それぞれのスクロールラップが噛み合うように配置され、各スクロールラップによって複数の圧縮室が構成される。
【００１６】
吸込みパイプ９１から吸込まれた冷媒は圧縮室１８に導かれ、旋回スクロール部２が旋回運動するのに伴って圧縮室が次第に小さくなることによって圧縮され、圧縮室が固定スクロール部３に設けられた吐出穴（吐出ポート）１９に通じると固定背面室９０に吐出される。吐出穴１９には、逆止弁８９が設けられている。固定背面室９０に吐出された高圧に圧縮された冷媒は、固定スクロール部３の外周に設けられたガス流通溝３３とフレーム５の外周に設けられたガス流通溝５２を通り、電動機部１０２のステータ７に達する。ステータ７に達した冷媒は、ステータ溝７１を通ってステータ７を冷却し、この時冷媒に含まれる潤滑油の多くは分離されて電動機部１０２の下方、ケース１の底面付近に落下する。
【００１７】
図１の９５はケース底面に溜まった潤滑油を示している。すなわち、本圧縮機は横型圧縮機であるので、シャフト４の側面に対向するケース１内面が底部となり、ここに各摺動部を潤滑する潤滑油が貯油される。ステータ７を通過したガスは仕切板１６の上の方に設けたガス流路１６１を通過し、仕切板１６の右側の潤滑油貯溜空間（貯油室）９３を通って吐出パイプ９２の冷媒吐出口より吐出される。この冷媒吐出口は潤滑油貯留空間に形成される。なお、吐出パイプ９２から潤滑油が吐出されるのを防ぐためにじゃま板７２を設けている。
【００１８】
次に、潤滑油のシャフトや軸受けへの供給について説明する。シャフト４の軸方向には穴４１が貫通されており、またシャフト４の主軸受け５１で受ける部分に径方向の穴４２、４３が、副軸受け６で受ける部分には径方向の穴４４が開けられている。給油パイプ１０の給油口である開口は貯油室９３内に配置され、かつケース１の底部に面するように開口が施され、そしてこの開口はなるべく底部に近い位置に設けられている。このように潤滑油が存在する確率が高い位置に給油パイプ１０の開口を配しているので、自動車が傾斜した場合でも、無給油状態を避けることができる。貯油室９３に貯溜された潤滑油は、給油パイプ１０から給油キャップ１１を経てシャフト４の穴４１を通り、穴４３から副軸受け６に、穴４１、４２から主軸受け５１に供給される。さらに潤滑油は穴４１を通ってシャフト４の端面に達し、そこから旋回軸受け２３に供給される。この潤滑油の流れの駆動力は貯油室９３の高圧力と、背圧室９の中間圧力との差圧である。背圧室９の圧力は吐出圧力と吸込圧力の中間の圧力に制御され、旋回スクロール部２を固定スクロール部３に押し付けている。
【００１９】
給油パイプ１０の開口が自動車の傾斜や加減速に拘らず潤滑油内に存在させるための機構について説明する。図１、図２に示すように、高圧の冷媒が電動機部１０２から仕切板１６に開けられた小さなガス流路１６１を通過して貯油室９３に入るとき、ガス流路１６１を通るときの流路抵抗により圧力が下がるので、電動機部１０２のある電動機室９４の中の圧力よりも貯油室９３の中の圧力が低くなる。このためケース１に溜まった油の油面は貯油室９３の方が電動機室９４の油面よりも高くなる一方、電動機室９４に溜まった潤滑油９５は仕切板１６の下の方に設けた油流通路１６２を経て貯油部９３に流入する。
【００２０】
このガス通路１６１及び油流通路１６２を設けた仕切板１６により、貯油部９３の油面を高くすることができる。このため、自動車が傾斜しても、給油パイプ１０の開口は確実に潤滑油中に浸されるので、各摺動部への給油を確実に行うことができる。
【００２１】
なお、このとき油連通路１６２からはガスも入ってくるが、気泡はカバー９６に覆われたガス抜き通路９７内を上昇するので、給油パイプ１０から気泡が入ることはなく、軸受けの信頼性を向上できるという効果がある。
【００２２】
また、電動機部１０２の下部に溜まる潤滑油９５の油面をロータ８よりも低くできるので、潤滑油の攪拌による性能低下が起こることはない。また、本実施形態ではガス流路１６１および油連通路１６２を一ヶ所ずつ設けるとしたが、それぞれ複数箇所設けてもよい。
【００２３】
ところで、貯油室９３が圧縮機構部の吐出穴１９を含む空間よりも高くなるように自動車が駐車され、空気調和機の運転が停止されて圧縮機が長時間停止状態になると、圧力が均衡になるように冷媒が移動し、これに伴い貯油室９３の潤滑油が重力によって圧縮機構部の吐出穴１９を含む空間（本実施例の場合は電動機室９４）に流れ込み、給油パイプ１０の開口が潤滑油中に浸されなくなってしまう場合がある。この問題を解決するため、本実施例では、仕切板１６の下部に設けられた通路である油流通路１６２に逆止弁１３を設けている。
【００２４】
図３に逆止弁１３近傍の拡大図を示す。逆止弁１３は柔らかいばね材でできており、ねじ１４により仕切板１６に固定されている。前述の圧力差により潤滑油９５が電動機室９４から貯油室９３へ流れ込もうとすると、潤滑油に押されて逆止弁１３は簡単に開いて潤滑油９５が貯油室９３へと流れ込む。一方、車体が傾いて、圧縮機も圧縮機構部が下側になる方向に傾いた場合、潤滑油は重力によって貯油室９３から電動機室９４へと流れようとするが、図４に示すように潤滑油に押されて逆止弁１３が閉じるので、潤滑油の逆流は防止されるかまたは移動量を少なくする。従って、給油パイプ１０の吸込み部分（開口）に潤滑油がなくなって、シャフト、軸受け等への給油が途絶えて摩耗、焼付きなどが生じることはなく、高い信頼性が確保される。
【００２５】
図５に本発明の電動圧縮機を自動車に搭載したシステムの一例を示す。この自動車は、アイドリングストップ車である。横形電動圧縮機１、コンデンサ５０２、電動膨張弁５０３、エバポレータ５０１は接続配管により順次接続され冷凍サイクルを構成する。この例では車体５００のエンジンルーム内に横形電動圧縮機１、コンデンサ５０２、インバータ等の制御電気品５０４を配置している。５０６はエンジンである。エバポレータ５０１はクーリングユニット（図示せず）内に配置され、車室内に冷温風が導かれる。この電動圧縮機１を駆動するための電源は、エンジン５０６の動力によって発電する発電機（図示せず）からの電力を蓄える直流電源であるバッテリであり、これをインバータによってステータ７に回転磁界が与えられる。家庭用空気調和機と相違する点はこの点である。すなわち、家庭用空気調和機の駆動電源は、交流であり、空気調和機として内部に交流を直流に変換するコンバータを備えている。しかし、自動車用空気調和機の場合、直流電源が存在するので、コンバータを設ける必要がない。この点、エンジン５０６の代わりに自動車駆動用の電動機を配した電気自動車も同様である。電気自動車は、蓄電池若しくは燃料電池を駆動電源として備えており、これに搭載される空気調和機の電源もこれら直流電源である。従って、電気自動車においても空気調和機としてコンバータ（整流器）を備える必要がない。
【００２６】
以上、本実施形態によれば、仕切板１６によって貯油室９３内の圧力が電動機室９４内の圧力よりも低圧に保たれるので、貯油室９３に十分な潤滑油が補給されるので、給油パイプ１０からシャフト、軸受け等に十分な潤滑油が供給され、高い信頼性が保証されるという効果がある。
【００２７】
また本実施形態によれば、仕切板１６の油連通路１６２に逆止弁１３を設けているので、圧縮機が傾斜した場合でも逆止弁１３により潤滑油の逆流が止められるので、シャフト、軸受け等に十分な潤滑油が供給され、高い信頼性を確保できるという効果がある。
【００２８】
また本実施形態によれば、主軸受け、副軸受け、旋回軸受けの全てにすべり軸受けを適用可能なので、軸受けの構造が簡単で生産が容易であり、コストが低くできるという効果がある。
【００２９】
また本実施形態によれば、潤滑油のシャフト、軸受け等への給油は差圧を利用して行なわれているので、給油ポンプ等が不要であり、構造が簡単で、信頼性が高く、コストを低くできるといる効果がある。
【００３０】
本発明の他の実施の形態（第２の実施形態）における自動車用空気調和機の電動圧縮機の断面図を図６に示す。本実施形態は、貯油室９３のケース部分に油面センサ１２を取り付けたものである。他の構成、動作等は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００３１】
第１の実施形態でも説明したように、仕切板１６に設けた油連通路１６２に逆止弁を設けているので、圧縮機が傾斜しても潤滑油が電動機室９４に逆流しないようになっている。しかしながら、非常に長い時間きつい勾配が続く道路を走行するような場合、潤滑油が補充されずに貯油室９３に貯溜された潤滑油９５がなくなってしまうことが考えられる。そこで、貯油室９３に貯えられた潤滑油９５が減少した場合を油面センサ１２によって検知し、その場合には圧縮機の電動機の回転数を下げる制御を行うことにより、潤滑不良によるシャフトや軸受けの摩耗、焼付きを防止することができる。
【００３２】
図７に油面センサの一例を示す。このセンサは油と冷媒の光の屈折率の差を利用したものである。３０１は発光部で、可視光を発する。３０２は受光部でフォトトランジスタなどである。発光部と受光部の間にはプリズム３０３が設けてある。発光部３０１からの光はプリズム３０３で屈折して受光部３０２に到達する。冷媒と油ではプリズム３０３における屈折率が異なるので、受光部３０２における受光強度が明らかに異なるので、油面の低下を検知することができる。センサ部全体はガラスコーティング３０７が施されており、密閉端子３０４〜３０６がケース１の外側に出るようにしてある。ここからの信号に対して増幅等の処理を行って、油面低下の検知を行う。なお、本実施形態では油面センサに光センサを用いたが、フロート式、静電容量式などの他の方式を用いてもよい。
【００３３】
なお、油切れ状態が設定された時間以上続く場合は、保護のため圧縮機１を停止制御する。
【００３４】
本実施形態によれば、たとえ非常に長い時間車体が傾斜した状態が続いたとしても、圧縮機の電動機回転数を低下させる制御を行うなどの方法により潤滑不良によるシャフトや軸受けの摩耗、焼付きを防止し、空気調和が停止するなどといった使用者を不快な状態することを少なくすることができるという効果がある。
【００３５】
図８に本発明の他の実施の形態（第３の実施形態）における潤滑油の逆流防止機構を示す。本実施形態は、図１の第１の実施形態における仕切板１６に設けた油連通路１６２において、貯油室９３から電動機室９４への潤滑油９５の逆流防止方法を変更したものであり、他の構成、動作等は第１の実施形態と同様なので説明を省略する。図８は図１の仕切板１６に設けた油連通路１６２に設けた逆流防止構造（逆止弁）を示す。図８において、油連通路１６２の貯油室９３の側にパイプ４０１を設け、パイプ４０１の中には球体４０２が入っている。パイプ４０１には貯油室９３側に小さな傾斜をつけてある。パイプ４０１の貯油室９３側の端面にはストッパ４０３を設け、球体４０２がパイプ４０１の外側に落ちないようにしている。パイプ４０１には油抜き穴４０４が開いており、ストッパ４０３にも油抜き穴４０５を設ける。球体４０２の直径は円形の油連通路１６２の直径よりも大きくする。球体４０２はステンレスなどの材質か、樹脂などの材質でもよい。
【００３６】
次に本実施形態の逆流防止機構の動作を説明する。圧縮機本体が傾いていないときにはパイプ４０１が傾斜しているので、球体４０２はストッパ４０３の側にある。潤滑油９５は油連通路１６２からパイプ４０１に入り、油抜き穴４０４および４０５から貯油室９３に流入する。車体が傾斜して圧縮機本体が圧縮機構側が下になる方向に傾いたときには、図９に示すように球体４０２は仕切板１６の方に移動して、ちょうど油連通路１６２を塞ぐようになる。したがって圧縮機が傾いても潤滑油９５が貯油室９３から電動機室９４の方へ逆流することはない。
【００３７】
本実施形態によれば、潤滑油の逆流防止構造に重力を利用しているので、車体が傾いて圧縮機が傾斜した場合には確実に油連通路１６２を塞ぐことができ、潤滑油が逆流して貯油室９３の潤滑油が減少することがなく、潤滑油は給油パイプ１０からシャフト、軸受け等に十分に供給されるので高い信頼性が確保されるといる効果がある。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、自動車の走行停車、駐車に伴い圧縮機が傾斜した場合でもシャフト、軸受け等に十分な潤滑油が供給され、油切れによる空気調和ができなくなるといった使用者の不快感を少なくする空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における自動車用空気調和機の電動圧縮機の縦断面図。
【図２】図１における仕切板の構造を示すＡ-Ａ矢視断面図。
【図３】図１の逆止弁近傍の拡大図。
【図４】圧縮機が傾斜した場合の逆止弁近傍を示す図。
【図５】実車に装着した一例を示す斜視図。
【図６】本発明の他の実施の形態（第２の実施形態）における自動車用空気調和機の電動圧縮機の断面図。
【図７】第２の実施形態における油面センサの一例。
【図８】本発明の他の実施の形態（第３の実施形態）における潤滑油の逆流防止機構。
【図９】圧縮機が傾斜した場合の潤滑油の逆流防止機構の動作を示す図。
【符号の説明】
１…圧縮機ケース、２…旋回スクロール部、３…固定スクロール部、４…シャフト、５…フレーム、６…副軸受け、７…ステータ、８…ロータ、１０…給油パイプ、１３…逆止弁、１６…仕切板、２３…副軸受け、５１…主軸受け、９３…貯油室、９４…電動機室、１０１…圧縮機構部、１０２…電動機部、１６１…ガス流路、１６２…油連通路。

Claims

車内を空気調和する冷凍サイクルに用いられ、密閉チャンバ内に圧縮機構部及び回転軸を介してこれを駆動する電動機部とを有し、この回転軸側面に対向する密閉チャンバ内面を底部とする横置き密閉形電動圧縮機を備えた自動車用空気調和機において、
前記圧縮機構部の冷媒吐出ポートを含む空間と前記密閉チャンバから冷凍サイクルへ冷媒を吐出する冷媒吐出口を含む空間とを仕切り、上部及び下部に通路を有する仕切部材とを備え、前記冷媒吐出口を含む空間に潤滑油の給油パイプを配置し、前記仕切部材の下部の通路に逆止弁を取り付けたことを特徴とする自動車用空気調和機。
請求項１において、前記逆止弁が柔らかいばね材で形成され、前記圧縮機構部が下方に傾く方向に前記横置き密閉形電動圧縮機が傾斜すると、前記ばね材は前記潤滑油に押されて前記仕切部材の下部通路を閉じることを特徴とする自動車用空気調和機。
請求項２において、前記逆止弁が球体で形成され、前記圧縮機構部が下方に傾く方向に前記横置き密閉形電動圧縮機が傾斜すると、前記球体が移動して前記仕切部材の下部通路を閉じることを特徴とする自動車用空気調和機。