JP2009235968A - コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンストローク検知手段を少ない部品点数で構成でき、しかも、ピストンストローク検知手段の組み付け性が良いコンプレッサを提供する。
【解決手段】駆動軸４の回転で揺動し、且つ、傾斜角度を可変できる斜板１５と、斜板１５の揺動によって往復移動し、冷媒を圧縮するピストン９と、ピストン９のストローク量を検知するピストンストローク検知手段３０とを備えたコンプレッサ１であって、ピストンストローク検知手段３０は、斜板１５に接触し、斜板１５の揺動に追従してピストン９のストローク方向に変移する検知部材３１と、検知部材３１の変移量を電気信号に変換する検知部３２とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、斜板の傾斜角度を可変することによって冷媒の吐出容量を可変できるコンプレッサに関する。

この種の従来のコンプレッサとしては、特許文献１に開示されたものがある。このコンプレッサ１００は、図５に示すように、内部にクランク室１０１とこれに連通する複数のシリンダボア１０２が形成されたハウジング１０３を有する。このハウジング１０３のクランク室１０１には駆動軸１０４が回転自在に配置され、駆動軸１０４にはロータ１０５が固定されている。ロータ１０５にはガイド孔１０６とガイドピン１０７によってジャーナル１０８の一端が連結されている。ジャーナル１０８はガイドピン１０７を支点とし、スリーブ１０９にガイドされつつ揺動することができる。ジャーナル１０８の外周には斜板１１０が固定され、この斜板１１０の外周には連結リンク１１１を介してピストン１１２が係合されている。ピストン１１２はハウジング１０３内のシリンダボア１０２に往復移動自在に配置されている。

また、コンプレッサ１００にはピストンストローク検知手段１２０が設けられている。ピストンストローク検知手段１２０は、斜板１１０の外周端に設けられた強磁性体製の被検知体１２１と、ハウジング１０３に設けられた磁気センサ１２２と、磁気センサ１２２から得られる電気信号をピストン１１２のストロークに対応する電気信号に変換して取り出す信号処理部１２３とを備えている。磁気センサ１２２は、被検知体１２１の揺動範囲に対向するハウジング１０３内に配置された検知アーム１２２ａと、これに巻装されたコイル１２２ｂとから構成されている。

上記構成において、駆動軸１０４が回転すると、この回転がロータ１０５及びジャーナル１０８に伝達され、ジャーナル１０８の回転によって斜板１１０が揺動する。この斜板１１０の揺動によってピストン１１２がシリンダボア１０２内を往復移動し、冷媒が圧縮される。斜板１１０の傾斜角度はクランク室１０１の圧力によって可変可能であり、斜板１１０の傾斜角度が可変されると、ピストン１１２のストロークが可変され、これによって冷媒の吐出容量が可変される。

このようなコンプレッサ１００の圧縮動作にあって、斜板１１０とともに揺動する被検知体１２１と検知アーム１２２ａ間の距離が揺動位置に応じて可変し、この距離に基づく磁気回路のインダクタンスの変化よりピストン１１２のストロークを検知する。検知したピストン１１２のストローク量は、コンプレッサ１００の回転数より冷媒の吐出容量の求めるデータとして使用し、コンプレッサ１００を効率良く運転することに使用する。
特開平４−３３５９５５号公報

しかしながら、前記従来例のピストンストローク検知手段１２０は、被検知体１２１と検知アーム１２２ａ及びコイル１２２ｂから成る磁気センサ１２２を有すると共に面倒な信号処理を行う必要がある信号処理部１２３とから構成されるため、部品点数が多いという問題がある。

また、前記従来例のピストンストローク検知手段１２０は、被検知体１２１と検知アーム１２２ａ間の距離が斜板１１０の揺動位置によって精度良く正確に変化するように設定する必要があり、そのためには被検知体１２１と磁気センサ１２２の検知アーム１２２ａを位置精度良く取り付けなければならない。従って、コンプレッサ１００へのピストンストローク検知手段１２０の組み付け性が悪いという問題がある。

そこで、本発明は、ピストンストローク検知手段を少ない部品点数で構成でき、しかも、ピストンストローク検知手段の組み付け性が良いコンプレッサを提供することを目的とする。

上記目的を達成する請求項１の発明は、駆動軸の回転で揺動し、且つ、傾斜角度を可変できる揺動部材と、前記揺動部材の揺動によって往復移動し、冷媒を圧縮するピストンと、前記ピストンのストローク量を検知するピストンストローク検知手段とを備えたコンプレッサであって、前記ピストンストローク検知手段は、前記揺動部材に接触し、前記揺動部材の揺動に追従して前記ピストンのストローク方向に変移する検知部材と、前記検知部材の変移量を電気信号に変換する検知部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のコンプレッサであって、前記検知部は、前記検知部材に固定された強磁性体と、前記強磁性体の外周位置に配置されたコイルとを備え、前記検知部材の変移を誘導起電力として取り出すことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載のコンプレッサであって、前記検知部材は、その一端側に回転自在に支持された回転体を有し、前記回転体が付勢手段の付勢力によって前記揺動部材に押圧されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のコンプレッサであって、前記検知部は、ハウジングの隣り合うシリンダボアの間に配置されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ピストンストローク検知手段は、揺動部材の揺動に追従して変移する検知部材とこの検知部材の変移を電気信号に変換する検知部とから構成できるため、部品点数が少なくて済み、又、検知部材は揺動部材の揺動に追従するように組み付けすれば良いため、従来例のように精度良く組み付けする必要性がない。以上より、ピストンストローク検知手段を少ない部品点数で構成でき、しかも、ピストンストローク検知手段の組み付け性が良い。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、検知部は、シンプルな構成によってピストンのストロークに対応する電気信号を得ることができる。又、検知部は、強磁性体をコイル内に配置するよう組み付けすれば良いため、ピストンストローク検知手段の組み付け性の更なる向上になる。

請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加え、揺動部材である斜板に検知部材を追従させる場合にあって、揺動するが回転しない斜板のタイプと、揺動しつつ回転する斜板のタイプがあるが、その両方のタイプに適用できる。

請求項４の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれかの発明の効果に加え、隣り合うシリンダボアの間はデッドスペースであり、そのデッドスペースに検知部を配置するため、コンプレッサが大型化しない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３は本発明の第１実施形態を示し、図１はコンプレッサの全体断面図、図２（ａ）は斜板がピストンストローク検知手段より離れた揺動位置に位置する場合のピストンストローク検知手段の状態を示す概略図、図２（ｂ）は斜板がピストンストローク検知手段に近い揺動位置に位置するする場合のピストンストローク検知手段の状態を示す概略図、図３（ａ）は最小ストローク時と最大ストローク時の出力波形図、図３（ｂ）はピストンの通常ストローク時とピストンの非駆動ストローク時の出力波形図である。

図１に示すように、コンプレッサ１は、ハウジング２を有する。このハウジング２は、シリンダブロック２ａと、このシリンダブロック２ａの一方の側面に配置されたフロントヘッド２ｂと、シリンダブロック２ａの他方の側面に弁プレート３を介して配置されたリアヘッド２ｃとが組み付けられることによって構成されている。

ハウジング２の中心には駆動軸４が配置されている。駆動軸４は、両側の軸受部５ａ，５ｂによってハウジング２に回転自在に支持されている。この駆動軸４は、その一端側がフロントヘッド２ｂより外に突出し、この突出した箇所に電磁クラッチ６を介してプーリ７が設けられている。プーリ７には、エンジンとの間で掛け渡される駆動伝達ベルト（図示せず）が掛けられている。駆動軸４は、電磁クラッチ６のオン時に、エンジンより駆動力を受けて回転する。

シリンダブロック２ａには複数のシリンダボア８が形成されている。複数のシリンダボア８は、駆動軸４を中心とする円周上に等間隔に形成されている。各シリンダボア８には、ピストン９が摺動自在に配置されている。

フロントヘッド２ｂには、複数のシリンダボア８に連通するクランク室１０が形成されている。クランク室１０には、駆動軸４の外周に固定されたロータ１１と、駆動軸４の外周に軸方向に移動自在に配置されたスリーブ１２と、スリーブ１２の外周側に配置され、ロータ１１と共に回転するよう連結された揺動部材であるジャーナル１３と、ジャーナル１３の外周に設けられた揺動部材である斜板１５と、この斜板１５に連結リンク１６を介して係合された各ピストン９の後端側がそれぞれ設けられている。

スリーブ１２はジャーナル１３に一対の回転支持ピン１２ａを介して回転自在に支持されており、ジャーナル１３をスムーズに傾斜角度を可変するよう案内する。スリーブ１２の両端には、第１及び第２バネＳ１，Ｓ２がそれぞれ配置され、この第１及び第２バネＳ１，Ｓ２のバネ力の均衡によって、運転停止後に斜板１５が初期駆動位置に戻される。ジャーナル１３とロータ１１は、ロータ１１のガイド孔１１ａにジャーナル１３に固定されたガイドピン１３ａが挿入されることによって連結されている。このガイドピン１３ａを支点としてジャーナル１３及び斜板１５が揺動する。

斜板１５は、ジャーナル１３にラジアル軸受部１４ａとスラスト軸受部１４ｂによって回転自在に設けられている。

駆動軸４が回転すると、ロータ１１及びジャーナル１３によって斜板１５に回転が伝達され、斜板１５が回転することなく揺動する。この斜板１５の揺動によって各ピストン９がシリンダボア８内を往復移動する。又、斜板１５の傾斜角度によって各ピストン９のストロークが可変され、冷媒の吐出容量が可変される。斜板１５の傾斜角度が調整されるメカニズムについては、作用の箇所で説明する。

リアヘッド２ｃには、冷媒ガスの吸入室２０と吐出室２１とが形成されている。吸入室２０は、吸入ポート（図示せず）を介して冷凍サイクルのエバポレータの出口側に接続されている。吐出室２１は、吐出ポート（図示せず）を介して冷凍サイクルの凝縮器の入口側に接続されている。又、吸入室２０と吐出室２１は、各シリンダボア８に弁プレート３を介して仕切られている。双方の室を仕切る弁プレート３の箇所には、吸入弁付きの吸入孔と吐出弁付きの吐出孔２４がそれぞれ形成されている。

また、クランク室１０と吸入室２０との間には、常時連通する抽気通路が形成されている。クランク室１０と吐出室２１との間には、給気通路が形成されている。給気通路には圧力制御弁が配置されている。圧力制御弁の開度を制御することによってクランク室１０の圧力を調整できるよう構成されている。

更に、コンプレッサ１には、ピストンストローク検知手段３０が設けられている。このピストンストローク検知手段３０は、図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、クランク室１０に配置された検知部材３１と、シリンダブロック２ａの隣り合うシリンダボア８の間に収容された検知部３２と、検知部３２の出力信号を処理する信号処理部（図示せず）を備えている。検知部材３１は、その一端に回転自在に支持された回転体３３を有し、この回転体３３が付勢手段であるスプリング３４のスプリング力によって斜板１５側に付勢されている。これによって検知部材３１の一端側の回転体３３は、斜板１５に押圧されている。

検知部３２は、検知部材３１の他端側に固定された強磁性体３５と、この強磁性体３５が移動自在に収容されたコイル３６とから構成されている。このコイル３６には直流電流が供給可能に構成されていると共にコイル３６に発生する誘導起電力を検知する起電力検知部（図示せず）が接続されている。この起電力検知部の検知した起電力波形は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、その振幅がピストン９のストロークに対応する値を示す。

信号処理部（図示せず）は、起電力検知部の起電力波形よりピストン９のストローク量を演算する。

上記構成において、駆動軸４が回転すると、この回転力によりジャーナル１３が回転し、このジャーナル１３の回転によって斜板１５が回転することなく揺動する。この斜板１５の揺動によって、複数のピストン９がシリンダボア８内を往復動する。そして、ピストン９の吸入行程（上死点から下死点に移動する行程）では、シリンダボア８内の減圧によって吸入孔（図示せず）が開口する。これによって、冷媒ガスが吸入室２０よりシリンダボア８に供給される。

ピストン９の圧縮行程（下死点から上死点に移動する行程）では、吸入孔（図示せず）が閉口し、ピストン９によってシリンダボア８内の冷媒ガスが圧縮される。この圧縮された高温高圧の冷媒ガスが吐出孔２４より吐出室２１に排出される。吐出室２１に吐出された高温高圧の冷媒は、吐出ポート（図示せず）よりコンプレッサ１外に吐出される。吐出された冷媒は、冷凍サイクルを循環して冷房等に供されて再びコンプレッサ１に戻ってくる。

このようなコンプレッサ１の駆動時にあって、冷凍サイクルの熱負荷が大きくなると、圧力制御弁によって給気通路を介してクランク室１０に送られる冷媒量が減らされ、クランク室１０の圧力が低圧側に調整される。すると、図１において、各ピストン９の背圧であるクランク室圧及び第１バネＳ１のバネ力による反時計方向モーメントと、各ピストン９の前面圧及び第２バネＳ２のバネ力による時計方向モーメントのバランスがくずれ、斜板１５とジャーナル１３に対しガイドピン１３ａを中心として斜板１５の傾斜角度を大きくする方向の時計方向モーメントが大きくなり、双方のモーメントがバランスする位置まで揺動する。この揺動によって斜板１５の傾斜角度が大きくなる。斜板１５の傾斜角度が大きくなると、各ピストン９の往復ストロークが大きくなり、冷媒の吐出容量が大きくなって、冷房能力等が大きくなる。

又、冷凍サイクルの熱負荷が小さくなると、圧力制御弁によって給気通路を介してクランク室１０に送られる冷媒量が増やされ、クランク室１０の圧力が高圧側に調整される。すると、図１において、各ピストン９の背圧であるクランク室圧及び第１バネＳ１のバネ力による反時計方向モーメントと、各ピストン９の前面圧及び第２バネＳ２のバネ力による時計方向モーメントのバランスがくずれ、斜板１５とジャーナル１３に対しガイドピン１３ａを中心として斜板１５の傾斜角度を小さくする方向の反時計方向モーメントが大きくなり、双方のモーメントがバランスする位置まで揺動する。この揺動によって斜板１５の傾斜角度が小さくなる。斜板１５の傾斜角度が小さくなると、各ピストン９の往復ストロークが小さくなり、冷媒の吐出容量が小さくなって、冷房能力等が小さくなる。コンプレッサ１は、このような運転によって省動力化が図られる。

このようなコンプレッサ１の圧縮動作にあって、斜板１５の揺動運動に追従して検知部材３１が往復移動し、強磁性体３５がコイル３６内を往復移動する。この強磁性体３５の往復移動によってコイル３６には電磁誘導による誘導起電力が発生する。ここで、検知部材３１の往復ストロークは、斜板１５の傾斜角、ひいてはピストン９の往復ストロークに比例する。具体的には、図３（ａ）に示すように、ピストン９の往復ストローク（斜板１５の傾斜角度）が最小ストロークであれば、誘導起電力の出力波形は小さい振幅の波形となり、ピストン９の往復ストローク（斜板１５の傾斜角度）が最大ストロークであれば、誘導起電力の出力波形は大きな振幅の波形となる。以上より、誘導起電力の出力波形の振幅よりピストン９の往復ストロークを検知することができる。

ピストンストローク検知手段３０の検知したピストン９のストローク量は、例えばコンプレッサ１の回転数と併せて冷媒の吐出容量を演算するのに使用される。そして、冷媒の吐出容量は、コンプレッサ１の効率良く運転制御するのに使用される。

又、図３（ｂ）に示すように、電磁クラッチ６がオン時にも拘わらず斜板１３が揺動せずピストン９が往復運動しない場合には、誘導起電力の出力波形は一定値となる。従って、ピストンストローク検知手段３０は、コンプレッサ１の内部ロック等の異常検知手段としても使用できる。

以上説明したように、ピストンストローク検知手段３０は、斜板１５に接触し、斜板１５の揺動に追従してピストン９のストローク方向に変移する検知部材３１と、検知部材３１の変移量を電気信号に変換する検知部３２とを備えている。このようにピストンストローク検知手段３０は、斜板１５の揺動に追従して変移する検知部材３１とこの検知部材３１の変移を電気信号に変換する検知部３２とから構成できるため、部品点数が少なくて済む。又、検知部材３１は斜板１５の揺動に追従するように組み付けすれば良いため、従来例のように精度良く組み付けする必要性がない。以上より、ピストンストローク検知手段３０を少ない部品点数で構成でき、しかも、ピストンストローク検知手段３０の組み付け性が良い。

この第１実施形態では、検知部３２は、検知部材３１に固定された強磁性体３５と、強磁性体３５の外周位置に配置されたコイル３６とを備え、検知部材３１の変移を誘導起電力として取り出すよう構成されている。従って、検知部３２はシンプルな構成によってピストン９のストロークに対応する電気信号を得ることができる。又、検知部３２は、強磁性体３５をコイル３６内に配置するよう組み付けすれば良いため、ピストンストローク検知手段３０の組み付け性の更なる向上になる。

この第１実施形態では、検知部材３１は、その一端側に回転自在に支持された回転体３３を有し、回転体３３がスプリング３４のスプリング力によって斜板１５に押圧されている。従って、斜板１５に検知部材３１を追従させる場合にあって、揺動するが回転しない斜板１５のタイプ（第１実施形態）と、揺動しつつ回転する斜板１５Ａのタイプ（第２実施形態）があるが、その両方のタイプに適用できる。

この第１実施形態では、検知部材３１は、斜板１５の揺動に追従するよう設けられ、検知部３２は、シリンダブロック２ａの隣り合うシリンダボア８の間に配置されている。従って、隣り合うシリンダボア８の間はデッドスペースであり、そのデッドスペースに検知部３２を配置するため、コンプレッサ１が大型化しない。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態に係るコンプレッサの全体断面図である。図４に示すように、この第２実施形態のコンプレッサ１Ａは、前記第１実施形態のものと比較するに、斜板１５Ａは、ジャーナル１３の外周に一体に固定されている点が相違する。又、斜板１５Ａには、連結リンクではなく一対のシュー１７を介してピストン９が係合されている。他の構成は、ピストンストローク検知手段３０の構成を含めて前記第１実施形態と同一であるため、図面の同一構成箇所に同一符号を付してその説明を省略する。

このコンプレッサ１Ａでは、駆動軸４が回転すると、斜板１５Ａは揺動しつつ回転する。そして、ピストンストローク検知手段３０は、回転する斜板１５Ａ上を回転体３３が回転しつつ検知部材３１が斜板１５の揺動に追従して往復移動する。他の動作は、前記第１実施形態と同様である。

この第２実施形態においても、ピストンストローク検知手段３０を少ない部品点数で構成でき、しかも、ピストンストローク検知手段３０の組み付け性が良いものである。

（その他）
前記第１及び第２実施形態では、検知部材３１は、斜板１５に接触し、斜板１５の揺動に追従して変移するよう構成されているが、斜板１５以外の揺動部材、例えばジャーナル１３に接触し、ジャーナル１３の揺動に追従して変移するよう構成しても良い。

前記第１及び第２実施形態では、検知部３２は、強磁性体３５とコイル３６から構成し、ピストン９のストロークを電磁誘導による誘導起電力によって取り出すよう構成されているが、誘導起電力以外の電気信号によって取り出すようにしても良い。

本発明の第１実施形態を示し、コンプレッサの全体断面図である。 本発明の第１実施形態を示し、（ａ）は斜板がピストンストローク検知手段より離れた揺動位置に位置する場合のピストンストローク検知手段の状態を示す概略図、（ｂ）は斜板がピストンストローク検知手段に近い揺動位置に位置するする場合のピストンストローク検知手段の状態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示し、（ａ）は最小ストローク時と最大ストローク時の出力波形図、（ｂ）はピストンの通常ストローク時とピストンの非駆動ストローク時の出力波形図である。 本発明の第２実施形態を示し、コンプレッサの全体断面図である。 従来例のコンプレッサの全体断面図である。

符号の説明

１，１Ａ コンプレッサ
２ ハウジング
４ 駆動軸
８ シリンダボア
９ ピストン
１３ ジャーナル（揺動部材）
１５ 斜板（揺動部材）
３０ ピストンストローク検知手段
３１ 検知部材
３２ 検知部
３４ スプリング（付勢手段）
３５ 強磁性体
３６ コイル

Claims (4)

1. 駆動軸（４）の回転で揺動し、且つ、傾斜角度を可変できる揺動部材（１３），（１５）と、前記揺動部材（１３），（１５）の揺動によって往復移動し、冷媒を圧縮するピストン（９）と、前記ピストン（９）のストローク量を検知するピストンストローク検知手段（３０）とを備えたコンプレッサ（１），（１Ａ）であって、
   前記ピストンストローク検知手段（３０）は、前記揺動部材（１３），（１５）に接触し、前記揺動部材（１３），（１５）の揺動に追従して前記ピストン（９）のストローク方向に変移する検知部材（３１）と、前記検知部材（３１）の変移量を電気信号に変換する検知部（３２）とを備えたことを特徴とするコンプレッサ（１），（１Ａ）。
2. 請求項１記載のコンプレッサ（１），（１Ａ）であって、
   前記検知部（３２）は、前記検知部材（３１）に固定された強磁性体（３５）と、前記強磁性体（３５）の外周位置に配置されたコイル（３６）とを備え、前記検知部材（３１）の変移を誘導起電力として取り出すことを特徴とするコンプレッサ（１），（１Ａ）。
3. 請求項２記載のコンプレッサ（１），（１Ａ）であって、
   前記検知部材（３１）は、その一端側に回転自在に支持された回転体（３３）を有し、前記回転体（３３）が付勢手段（３４）の付勢力によって前記揺動部材（１３），（１５）に押圧されていることを特徴とするコンプレッサ（１），（１Ａ）。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載のコンプレッサ（１），（１Ａ）であって、
   前記検知部（３２）は、ハウジング（２）の隣り合うシリンダボア（８）の間に配置されたことを特徴とするコンプレッサ（１），（１Ａ）。

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