JP3900600B2

JP3900600B2 - 複合型圧縮装置

Info

Publication number: JP3900600B2
Application number: JP19292197A
Authority: JP
Inventors: 猛酒井; 雅文中島; 剛史脇阪; 宏木下; 三起夫松田; 博史小川
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JPH1137046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンおよび電動モータ等のように、複数個の異種駆動源により駆動される複合型圧縮装置（ハイブリット型圧縮装置）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複合型圧縮装置として、例えば実開平６−８７６７８号公報に記載の発明では、エンジン停止時には電磁クラッチを切って（ＯＦＦとして）電動モータで圧縮機構を駆動し、エンジン稼働時には電磁クラッチを繋いで（ＯＮとして）圧縮機構を駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の複合型圧縮装置では、圧縮機構を構成する斜板と、電動モータのモータシャフトとが連結されているので、電動モータのロータは、電動モータが稼働しているときは勿論、エンジンにより圧縮機構を駆動する場合も回転してしまう。
【０００４】
このため、斜板およびロータ等を含めた回転系の慣性モーメントが大きいので、電磁クラッチを繋いだ時の起動トルクによるショックが大きく、電磁クラッチやシャフト等の駆動系の損傷を招くおそれがある。
また、上記公報に記載の複合型圧縮装置を車両用空調装置に用いた場合には、電磁クラッチを繋いだ時のショックが乗員に伝わり、乗員に対して不快感を与えてしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、クラッチ機構を繋いだ時のショックを低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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用いる。請求項１に記載の発明では、ハウジング（１０１、２０１）と、ハウジング（１０１、２０１）に対して固定した固定部（２０３）、および固定部（２０３）に対して可動する可動部（２０２）を有して構成され、流体を吸入圧縮する圧縮機構（２００）と、ハウジング（１０１、２０１）内に回転可能に配設され、可動部（２０２）を駆動するシャフト（１０２ｂ）と、ハウジング（１０１、２０１）内に固定されたステータ（１０３）、およびステータ（１０３）内で回転するロータ（１０２）を有して構成され、シャフト（１０２ｂ）を回転駆動する電動モータ部（１００）と、ハウジング（１０１、２０１）内に配設されて、外部駆動源からの回転力を断続可能にシャフト（１０２ｂ）に伝達するクラッチ機構（３０４）と、ロータ（１０２）からシャフト（１０２ｂ）に伝達される回転力の伝達経路に配設され、一方向の回転力のみを伝達するワンウェイクラッチ（１１０）とを備え、クラッチ機構（３０４）は、シャフト（１０２ｂ）と一体的に回転する第１クラッチ板（３０４ｂ）、外部駆動源と連動して回転する第２クラッチ板（３０４ａ）、両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）を押圧して両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）間に摩擦力を発生させる押圧ピストン（３０４ｃ）、押圧ピストン（３０４ｃ）の押圧力を制御する制御室（３０４ｄ）、圧縮機構（２００）から吐出される流体の圧力を制御室（３０４ｄ）に導く圧力導入通路（３０４ｅ）、および、圧力導入通路（３０４ｅ）を開閉する弁手段（３０４ｆ）を有して構成されていることを特徴とする。
【０００７】
これにより、ロータ（１０２）の回転力をシャフト（１０２ｂ）に伝達する向きにワンウェイクラッチ（１１０）を配設すれば、クラッチ機構（３０４）を繋いだ時に、シャフト（１０２ｂ）からロータ（１０２）に向けて回転力が伝達されないので、外部駆動源側から見た回転系の慣性モーメントが小さくなる。
したがって、クラッチ機構（３０４）が繋がった時のショックを小さくすることができるので、クラッチ機構（３０４）や両シャフト（１０２ｂ、３０１）等の駆動系の損傷を防止することができるとともに、乗員に与える不快感を緩和することができる。
【０００８】
因みに、本明細書で言う「シャフト」とは、回転力を伝達するものを意味しており、円柱状または円筒状のものに限定されるものではない。さらに、両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）を押圧する押圧力を圧縮機構（２００）から吐出される流体の圧力から得ている。
【０００９】
これにより、電磁クラッチに比べて穏やかにクラッチ機構（３０４）を繋ぐことができるので、クラッチ機構（３０４）が繋がった時のショックをより一層小さくすることができる。請求項２に記載の発明では、クラッチ機構（３０４）をロータ（１０２）内に配設したことを特徴とする。
【００１０】
これにより、クラッチ機構（３０４）をロータ（１０２）外に配設したものに比べて、複合型圧縮装置の寸法のうちロータシャフト（１０２ｂ）方向の寸法を小さくすることができる。なお、本明細書において、「クラッチ機構（３０４）をロータ（１０２）内に配設した」とは、クラッチ機構（３０４）全体をロータ（１０２）内に配設した場合は勿論、クラッチ機構（３０４）の一部をロータ（１０２）内に配設した場合をも含む意味である。
また、請求項３に記載の発明では、ハウジング（１０１、２０１）と、ハウジング（１０１、２０１）に対して固定した固定部（２０３）、および固定部（２０３）に対して可動する可動部（２０２）を有して構成され、流体を吸入圧縮する圧縮機構（２００）と、ハウジング（１０１、２０１）内に回転可能に配設され、可動部（２０２）を駆動するシャフト（１０２ｂ）と、ハウジング（１０１、２０１）内に固定されたステータ（１０３）、およびステータ（１０３）内で回転するロータ（１０２）を有して構成され、シャフト（１０２ｂ）を回転駆動する電動モータ部（１００）と、ロータ（１０２）内に配設されて、外部駆動源からの回転力を断続可能にシャフト（１０２ｂ）に伝達するクラッチ機構（３０４）とを備え、クラッチ機構（３０４）は、シャフト（１０２ｂ）と一体的に回転する第１クラッチ板（３０４ｂ）、外部駆動源と連動して回転する第２クラッチ板（３０４ａ）、両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）を押圧して両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）間に摩擦力を発生させる押圧ピストン（３０４ｃ）、押圧ピストン（３０４ｃ）の押圧力を制御する制御室（３０４ｄ）、圧縮機構（２００）から吐出される流体の圧力を制御室（３０４ｄ）に導く圧力導入通路（３０４ｅ）、および、圧力導入通路（３０４ｅ）を開閉する弁手段（３０４ｆ）を有して構成されていることを特徴とする。
これによれば、請求項１に記載の発明と同様に、クラッチ機構（３０４）が繋がった時のショックを小さくすることができる。
【００１１】
なお、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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る複合型圧縮装置（以下、圧縮装置と略す。）を車両用冷凍サイクルに適用したものであって、図１は本実施形態に係る圧縮装置の断面図である。
図１中、１０１は電動モータ部１００のヨーク（継鉄）も兼ねる第１ハウジングであり、この第１ハウジング１０１内には、マグネット部１０２ａおよびロータシャフト１０２ｂからなるマグネットロータ部１０２、並びに磁極鉄心１０３ａおよびステータコイル１０３ｂからなるステータ部１０３が収納されている。そして、これら第１ハウジング１０１、マグネットロータ部１０２およびステータ部１０３により、後述する可動スクロールを駆動する電動モータ部１００を構成している。
【００１３】
因みに、１０３ｃは、第１ハウジング１０１に対して固定したステータコイル１０３ｂに電力を供給するリード線であり、このリード線は、後述する制御装置４００に接続されている。また、１０４は、ステータ部１０３内に回転するマグネットロータ部１０２（ロータシャフト１０２ｂ）を回転可能に保持する軸受である。
【００１４】
また、マグネットロータ部１０２とロータシャフト１０２ｂとの間には、マグネットロータ部１０２からロータシャフト１０２ｂにのみ回転力を伝達するワンウェイクラッチ１１０が配設されており、このワンウェイクラッチ１１０は、図２に示すように、円柱状のローラ１１１、バネ１１２、並びにローラ１１１およびバネ１１２を保持するホルダ１１３からなる周知のローラ型ワンウェイクラッチである。
【００１５】
また、ロータシャフト１０２ｂの一端側（紙面右側）には、ロータシャフト１０２ｂの回転軸周りに回転（旋回）する可動スクロール（可動部）２０２、および第２ハウジング２０１に固定された固定スクロール（固定部）２０３からなる周知のスクロール型圧縮機構（以下、圧縮機構と略す。）２００が構成されている。
【００１６】
そして、両スクロール２０２、２０３には、各々渦巻き状の歯部２０２ａ、２０３ａが形成されており、これらの歯部２０２ａ、２０３ａが互いに噛み合うことにより、冷媒（流体）を吸入圧縮する作動室Ｖ_Cが形成されている。
なお、可動スクロール２０２は、ロータシャフト１０２ｂの一端側に形成された偏心部（クランク部）１０２ｃに、略円筒状のブッシュ２０２ｂおよび軸受２０２ｃを介してマグネットロータ部１０２（ロータシャフト１０２ｂ）に連結されている。
【００１７】
また、２０４は可動スクロール２０２の回転とともに圧縮された冷媒を作動室Ｖ_Cから吐出させる吐出ポートであり、この吐出ポート２０４から吐出された高圧の冷媒は、吐出室２０５を経て吐出口（図示せず）より圧縮装置より吐出される。
一方、第１ハウジング１０１内には、ロータシャフト１０２ｂと同軸状にプーリシャフト３０１が、軸受３０２を介して回転可能に配設されており、このプーリシャフト３０１の一端側（圧縮機構２００の反対側）であって、第１ハウジング１０１外には、外部駆動源をなす車両エンジン（図示せず）からの駆動力を伝達されるプーリ３０３が固定されている。
【００１８】
一方、マグネットロータ部１０２内に位置するプーリシャフト３０１の他端側（圧縮機構２００側）には、プーリシャフト３０１に伝達された駆動力（回転力）をロータシャフト１０２ｂ（可動スクロール２０２）に断続可能に伝達するクラッチ機構３０４が構成されている。
以下、クラッチ機構３０４の構造を述べる。
【００１９】
３０４ａはプーリシャフト３０１と一体的に回転する第１クラッチ板であり、３０４ｂはロータシャフト１０２ｂに固定されてプーリ３０３（車両エンジン）と連動して回転する第２クラッチ板であり、３０４ｃは両クラッチ板３０４ａ、３０４ｂを押圧して両クラッチ板３０４ａ、３０４ｂ間に摩擦力を発生させる押圧ピストンである。
【００２０】
また、３０４ｄは押圧ピストン３０４ｃの押圧力を制御する制御室であり、この制御室３０４ｄ内には、圧縮機構２００の吸入側圧力または吐出側圧力が切り替え導入される。なお、両圧力の切り替えは、連通路（圧力導入）通路３０４ｅに配設された電磁三方弁（弁手段）３０４ｆにて行い、この電磁三方弁３０４ｆは制御装置（図示せず）により制御される。
【００２１】
次に、圧縮装置の作動を述べる。
１．車両エンジンにより圧縮機構２００を駆動する場合
冷凍サイクルの始動スイッチ（図示せず）が投入されると、制御装置は、電磁三方弁３０４ｆを作動させて圧縮機構２００の吐出側と制御室３０４ｄとを連通させるとともに、ステータ部１０３（ステータコイル１０３ａ）に所定電圧を所定時間だけ印加して、電動モータ部１００を可動させて吐出圧を上昇させる。
【００２２】
これにより、高圧の吐出側圧力が制御室３０４ｄに導入されるので、両クラッチ板３０４ａ、３０４ｂが押圧されてクラッチ機構３０４が繋がる。そして、車両エンジンの駆動力が、ベルト（図示せず）、プーリ３０３およびプーリシャフト３０１を介して可動スクロール２０２に伝達されて圧縮機構２００が稼働する。
【００２３】
また、マグネットロータ部１０２とロータシャフト１０２ｂとの間にはワンウェイクラッチ１１０が配設されているので、ロータシャフト１０２ｂからマグネットロータ部１０２には回転力が伝達されない。
２．電動モータ部１００により圧縮機構２００を駆動する場合
冷凍サイクルの始動スイッチ（図示せず）が投入されると、制御装置は、電磁三方弁３０４ｆを作動させて圧縮機構２００の吸入側と制御室３０４ｄとを連通させるとともに、ステータ部１０３（ステータコイル１０３ａ）に所定電圧を印加して電動モータ部１００を可動させる。
【００２４】
これにより、車両エンジンからの駆動力の伝達が遮断されるとともに、電動モータ部１００の駆動力がワンウェイクラッチ１１０を介して圧縮機構２００に伝達されて圧縮機構２００が稼働する。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、マグネットロータ部１０２とロータシャフト１０２ｂとの間にはワンウェイクラッチ１１０が配設されているので、前述のごとく、クラッチ機構３０４を繋いだときには、ロータシャフト１０２ｂからマグネットロータ部１０２には回転力が伝達されない。
【００２５】
したがって、車両エンジン側から見た回転系の慣性モーメントが小さくなるので、クラッチ機構３０４が繋がった時のショックを小さくすることができる。延いては、クラッチ機構３０４や両シャフト１０２ｂ、３０１等の駆動系の損傷を防止することができるとともに、乗員に与える不快感を緩和することができる。
また、クラッチ機構３０４がマグネットロータ部１０２内に配設されているので、クラッチ機構３０４をマグネットロータ部１０２外に配設したものに比べて、圧縮装置の寸法のうちロータシャフト１０２ｂ方向の寸法を小さくすることができる。
【００２６】
また、クラッチ機構３０４は、両クラッチ板３０４ａ、３０４ｂを押圧する押圧力を圧縮機構２００から吐出される冷媒の圧力から得ているので、電磁クラッチに比べて穏やかにクラッチ機構３０４を繋ぐことができる。したがって、クラッチ機構３０４が繋がった時のショックをより一層小さくすることができる。
ところで、圧縮機構２００は、圧縮機構２００の回転数、および吸入圧縮する流体（冷媒）の密度や作動室Ｖ_Cの大きさ等により、その効率（＝圧縮機構２００から吐出される流体の運動エネルギ／圧縮機構２００に供給された機械仕事量）が変化する。このため、圧縮機構２００を効率良く稼働させるには、必要とされる圧縮機構２００の負荷（吐出される流体の運動エネルギ）に見合った作動室Ｖ_Cの大きさおよび回転数を設定する必要がある。
【００２７】
しかし、車両用冷凍サイクルでは、前述のごとく、車両エンジンより駆動力を得て圧縮機構２００を駆動しているので、圧縮機構２００の回転数は、プーリ３０３の径寸法を調節することにより行うのが一般的である。このため、上記公報に記載の圧縮装置のごとく、プーリおよび電磁クラッチの両者をハウジング内に配設した場合には、プーリの径寸法を選定するに当たって制約条件が多くなる。
【００２８】
これに対して、本実施形態では、プーリ３０３を第１ハウジング１０１外に配設するとともに、クラッチ機構３０４を第１ハウジング１０１内にしているので、プーリ３０３の径寸法を選定するに当たってクラッチ機構３０４および第１ハウジング１０１との干渉を考慮する必要がなく、上記公報に記載の圧縮装置に比べてプーリ３０３の径寸法を自由に設定することができる。したがって、上記公報に記載の圧縮装置に比べて、圧縮機構２００を効率良く稼働させることができる。
【００２９】
因みに、本実施形態では、プーリ３０３をマグネットロータ部１０２の外径寸法より小さくして、圧縮機構２００を比較的高回転で駆動するように設定することにより、圧縮機構２００（作動室Ｖ_C）および電動モータ部１００の小型化を図っている。
ところで、上述の実施形態では、クラッチ機構３０４を第１ハウジング１０１内に配設したが、図３に示すように、プーリシャフト３０１を廃止してロータシャフト１０２ｂをプーリ３０３まで延長するとともに、プーリ３０３とプーリシャフト３０１との間であって、第１ハウジング１０１外にクラッチ機構３０４を配設してもよい。なお、この例では、クラッチ機構３０４として電磁クラッチを用いている。
【００３０】
また、上述の実施形態では、圧縮機構２００としてスクロール型圧縮機構を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ローリングピストンやベーン型等その他の圧縮機であってもよい。
また、上述の実施形態では、クラッチ機構３０４を圧縮機構２００の吐出圧力により作動させたが、電磁クラッチ等のその他のクラッチ機構であってもよい。
【００３１】
また、上述の実施形態では、電動モータ部１００、圧縮機構２００およびクラッチ機構３０４を一体化したものであったが、電動モータ部１００と圧縮機構２００とを別体とし、両者１００、２００をクラッチ機構３０４を介して連結するように構成してもよい。
また、上述の実施形態の電動モータ部１００は、ステータ側に通電するタイプの電動モータであったが、ロータ側に通電するタイプの電動モータであってもよい。
【００３２】
また、ワンウェイクラッチ１１０は、ローラ型に限定されるものではなく、スプラグ型ワンウェイクラッチを採用してもよい。
なお、上述の実施形態では、マグネットロータ部１０２とロータシャフト１０２ｂとの間にワンウェイクラッチ１１０を配設したが、ワンウェイクラッチ１１０の配設位置はこれに限定されるものではなく、マグネットロータ部１０２からロータシャフト１０２ｂに伝達される回転力の伝達経路の途中であれば、いずれの位置でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮装置の断面図である。
【図２】ワンウェイクラッチの模式図である。
【図３】本発明の変形例に係る圧縮装置の断面図である。
【符号の説明】
１００…電動モータ部、１０１…第１ハウジング、
１０２…マグネットロータ部、１０３…ステータ部、
１０２ｂ…ロータシャフト、１１０…ワンウェイクラッチ、
２００…圧縮機構、２０１…第２ハウジング、
２０２…可動スクロール（可動部）、
３０１…プーリシャフト、３０４…クラッチ機構。
２０３…固定スクロール（固定部）
２０２…可動スクロール（可動部）、２０３…固定スクロール（固定部）、

Claims

ハウジング（１０１、２０１）と、
前記ハウジング（１０１、２０１）に対して固定した固定部（２０３）、および前記固定部（２０３）に対して可動する可動部（２０２）を有して構成され、流体を吸入圧縮する圧縮機構（２００）と、
前記ハウジング（１０１、２０１）内に回転可能に配設され、前記可動部（２０２）を駆動するシャフト（１０２ｂ）と、
前記ハウジング（１０１、２０１）内に固定されたステータ（１０３）、および前記ステータ（１０３）内で回転するロータ（１０２）を有して構成され、前記シャフト（１０２ｂ）を回転駆動する電動モータ部（１００）と、
前記ハウジング（１０１、２０１）内に配設されて、外部駆動源からの回転力を断続可能に前記シャフト（１０２ｂ）に伝達するクラッチ機構（３０４）と、
前記ロータ（１０２）から前記シャフト（１０２ｂ）に伝達される回転力の伝達経路に配設され、一方向の回転力のみを伝達するワンウェイクラッチ（１１０）とを備え、
前記クラッチ機構（３０４）は、前記シャフト（１０２ｂ）と一体的に回転する第１クラッチ板（３０４ｂ）、前記外部駆動源と連動して回転する第２クラッチ板（３０４ａ）、前記両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）を押圧して前記両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）間に摩擦力を発生させる押圧ピストン（３０４ｃ）、前記押圧ピストン（３０４ｃ）の押圧力を制御する制御室（３０４ｄ）、前記圧縮機構（２００）から吐出される流体の圧力を前記制御室（３０４ｄ）に導く圧力導入通路（３０４ｅ）、および、前記圧力導入通路（３０４ｅ）を開閉する弁手段（３０４ｆ）を有して構成されていることを特徴とする複合型圧縮装置。
前記クラッチ機構（３０４）は、前記ロータ（１０２）内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の複合型圧縮装置。
ハウジング（１０１、２０１）と、
前記ハウジング（１０１、２０１）に対して固定した固定部（２０３）、および前記固定部（２０３）に対して可動する可動部（２０２）を有して構成され、流体を吸入圧縮する圧縮機構（２００）と、
前記ハウジング（１０１、２０１）内に回転可能に配設され、前記可動部（２０２）を駆動するシャフト（１０２ｂ）と、
前記ハウジング（１０１、２０１）内に固定されたステータ（１０３）、および前記ステータ（１０３）内で回転するロータ（１０２）を有して構成され、前記シャフト（１０２ｂ）を回転駆動する電動モータ部（１００）と、
前記ロータ（１０２）内に配設されて、外部駆動源からの回転力を断続可能に前記シャフト（１０２ｂ）に伝達するクラッチ機構（３０４）とを備え、
前記クラッチ機構（３０４）は、前記シャフト（１０２ｂ）と一体的に回転する第１クラッチ板（３０４ｂ）、前記外部駆動源と連動して回転する第２クラッチ板（３０４ａ）、前記両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）を押圧して前記両クラッチ板（３０４ａ、３０４ｂ）間に摩擦力を発生させる押圧ピストン（３０４ｃ）、前記押圧ピストン（３０４ｃ）の押圧力を制御する制御室（３０４ｄ）、前記圧縮機構（２００）から吐出される流体の圧力を前記制御室（３０４ｄ）に導く圧力導入通路（３０４ｅ）、および、前記圧力導入通路（３０４ｅ）を開閉する弁手段（３０４ｆ）を有して構成されていることを特徴とする複合型圧縮装置。