混合压缩机装置的制作方法

专利名称：混合压缩机装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合压缩机装置，它适用于安装在空转停止车辆上的制冷循环系统，该车辆的发动机在车辆暂时停止时，发动机也停止。
背景技术：
最近，对空转停止车辆的需求增加了，这是为了节约燃油消费。在压缩机仅靠车辆发动机驱动的情况下，当车辆暂时停止时，其发动机也停止，因而制冷循环系统中靠发动机驱动的压缩机也停止了。为了解决这个问题，在JP-A-2000-130323(相应于USP No.6,375,436)中所披露的传统的混合压缩机装置中，发动机的驱动力通过电磁圈式离合器传给皮带轮，压缩机旋转轴的一端与该皮带轮相连。而且，压缩机旋转轴的另一端与一个马达相连。相应地，当发动机停止时，电磁圈式离合器闭合，压缩机靠马达驱动，因此制冷循环系统的运转可以与发动机的运转无关。
然而，这种混合压缩机装置需要电磁圈式离合器，用于在发动机(发动机运转时)和马达(发动机停止时)之间转换压缩机的驱动源。因而，这种混合压缩机装置的生产成本增加。而且，这种压缩机是靠发动机和马达这两种驱动源之一来运转的。因而，这种压缩机的流量和尺寸需要在每个驱动源的驱动力范围内根据制冷循环系统的最大热负载来设定。例如，在夏天车辆起动之后直接选择了冷却模式(快速制冷模式)，压缩机的热负载达到最大。因而，压缩机的流量和尺寸要被设定为满足最大热负载，因而增加了压缩机的尺寸。

发明内容
本发明考虑到了前面的问题，其目的是提供一种混合压缩机装置，能够减少它的制造成本和尺寸，而且能够在车辆发动机停止之后确保它的制冷性能。
本发明的另一目的是提供一种混合压缩机装置，尽管它以低成本制造，但具有较好的可靠性。
根据本发明，混合压缩机装置包括一个皮带轮，它在车辆发动机的驱动下旋转，当车辆暂时停止时，车辆发动机也停止，一个马达，它在来自于车辆蓄电池的电力驱动下旋转，一个压缩机，压缩机靠皮带轮的驱动力和马达的驱动力运转，一个传动机构，传动机构用于改变和传递旋转力，以及一个控制单元，控制单元用于调整马达的转速。这里，压缩机用于压缩车辆的制冷循环系统的制冷剂。传动机构与皮带轮的一个旋转轴、马达的一个旋转轴以及压缩机的一个旋转轴相连，以使皮带轮的转速和马达的转速改变并传递给压缩机。在混合压缩机装置中，皮带轮、马达和压缩机被设置以使它们可以独立地旋转。而且，控制单元通过调整马达相对于皮带轮的转速来改变压缩机的旋转速度。相应地，压缩机的旋转速度可以相对于皮带轮的旋转速度而增加或减少，因而改变压缩机的流量。当在冷却模式(快速制冷模式下)制冷循环系统的热负载达到最大时，可以通过调整马达的旋转速度增加压缩机的旋转速度比皮带轮的旋转速度，可以有效地增加压缩机的流量。因而，压缩机的尺寸和流量可以被设定得小一些。相反，可以通过调整马达的旋转速度减小压缩机的旋转速度比皮带轮的旋转速度，可以减小压缩机的流量。因而，压缩机在冷却模式结束后，可以迅速地与正常制冷模式下的制冷循环系统的热负载相适应。而且，甚至当发动机由于(处于)空转停止(状态)而停止，并且皮带轮的旋转速度变为零时，压缩机可以通过马达来运转。因而，甚至在空转停止时间，制冷操作也可以由于不使用电磁圈式离合器而以一个较低的成本来保持。
优选方式是，传动机构是一个行星齿轮传动系，包括一个恒星齿轮，一个行星齿轮架和一个内齿圈，并且皮带轮的旋转轴、马达和压缩机连接到行星齿轮传动系的恒星齿轮、行星齿轮架和内齿圈上。这里，皮带轮、马达和压缩机的旋转轴与行星齿轮传动系的恒星齿轮、行星齿轮架和内齿圈之间的连接可以任意地改变。例如，压缩机的旋转轴连接到行星齿轮架，皮带轮的旋转轴连接到恒星齿轮，及马达的旋转轴连接到内齿圈。或者，皮带轮的旋转轴连接到行星齿轮架，马达的旋转轴连接到恒星齿轮，及压缩机的旋转轴连接到内齿圈。再或者，马达的旋转轴连接到恒星齿轮，压缩机的旋转轴连接到内齿圈，及压缩机的旋转轴连接到行星齿轮架。
优选方式是，设置一个锁定机构，锁定机构用于在马达停止时锁定马达的旋转轴。在这种情况下，当马达停止压缩机靠皮带轮的驱动力来运转时，控制单元通过检测由于连接到压缩机的传动机构的旋转而产生的马达的磁力线的泄漏波动来检测马达的感应电压的波动。相应地，当压缩机产生类似锁死这样的麻烦时，传动机构的旋转减少或变为零，因此，感应电压的波动就变得小一些了。因而，压缩机的异常运转可以通过有效地使用马达磁力线的波动能够容易地被检测。
本发明的混合压缩机装置可以被应用于一种在确定的运转条件下其发动机可以停止的车辆上，该车辆有一个驱动马达，来驱动车辆。
另一方面，在混合压缩机里，用于压缩制冷循环系统的制冷剂的压缩机通过至少是驱动单元和马达之一来运转，压缩机包括一个负压区，制冷剂压缩之前进入这里，一个排放区，压缩过的制冷剂流入这里，以及一个油分离单元，油分离单元用于从制冷剂里分离包含在制冷剂里的润滑油，并且用于将分离了的润滑油保存在排放区。再者，传动机构设置在压缩机与驱动单元和马达中的至少一个的中间，用于改变驱动单元和马达中的至少一个的旋转速度，使其被传递给压缩机。除此之外，马达和传动机构都被放置在一个箱体里，它有一个进油通道，以使存储在排放区的润滑油通过进油通道进入箱体，并且箱体的内部通过连通通道与压缩机的负压区相连通。
相应地，包含在制冷剂里的润滑油通过油分离单元从制冷剂里分离开，并且分离了的润滑油被引入箱体。再者，引入箱体的润滑油从箱体循环到压缩机的负压区中。因此，润滑油总是可以供应给箱体里的传动机构，因而提高了传动机构的可靠性。再者，由于马达也被放置在箱体里，马达可以由润滑油来冷却，因而提高了马达的可靠性。因为润滑油通过油分离单元从制冷剂里分离出来，循环在制冷循环系统的制冷剂里几乎不含润滑油。因而，润滑油不会附着在诸如制冷循环系统里的蒸发器的热交换器上，因而防止热交换器的热转换效率降低。
优选方式是，箱体可以容纳压缩机、马达和传动机构。而且，箱体有一个吸入孔，它是在放置马达和传动机构的那一侧，制冷剂通过它被吸入到压缩机里。因而，马达和传动机构可以通过进入箱体的制冷剂有效地冷却。
再者，进油通道是第一减压通道，压缩机的排放区通过它与箱体内部相连通，而压力从压缩机的排放区朝着箱体的内部降低，连通通道是第二减压通道，箱体内部通过它与压缩机的负压区相连通，而压力从箱体的内部朝着压缩机的负压区降低。因而，润滑油可以平稳地在压缩机和箱体之间循环。


本发明的其他目的和优点可以从下面结合附图对优选实施例的详细描述中很明显地看到，其中图1是表示本发明可以典型应用的制冷循环系统的完整的示意图；图2是表示根据图1所示的本发明的第一个实施例的混合压缩机装置的剖视图；图3是表示从图2中的箭头III观看的行星齿轮系的前视图；图4A是表示第一个实施例的制冷循环系统的压缩机排量与热负载关系的控制特性图，图4B是表示第一个实施例的的压缩机排量与压缩机旋转速度之间的关系的控制特性图。
图5是表示图2所示的混合压缩机的皮带轮、压缩机和马达的旋转速度图。
图6是表示本发明的第二个实施例的混合压缩机装置的剖视图。
图7是表示第二个实施例的混合压缩机装置的皮带轮、压缩机和马达的旋转速度图。
图8是表示本发明的第三个实施例的混合压缩机装置的剖视图。
图9是表示第三个实施例的混合压缩机装置的皮带轮、压缩机和马达的旋转速度图。
图10是表示本发明的第四个实施例的包括凹槽部分和突起部分的行星齿轮系的前视图。
图11是表示第四个实施例的马达的磁力线及泄漏的磁力线的放大的示意图。
图12是表示第四个实施例的马达的感应电压的波动相对于时间的关系图。
图13是表示第四个实施例的检测马达感应电压波动以保护车辆发动机的控制过程的流程图。
图14是表示在第四个实施例上进行修改的混合压缩机的剖视图。
图15是表示本发明的第五个实施例的混合压缩机装置的剖视图。
图16是表示本发明的第六个实施例的混合压缩机装置的剖视图。
具体实施例方式
下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。
(第一个实施例)现在将参照图1-5对本发明的第一个实施例进行描述。在图1中，混合压缩机装置100典型应用于安装在空转停止车辆上的制冷循环系统200，该车辆在暂时停止时，其发动机10也停止。混合压缩机装置100包括一个混合压缩机101和一个控制单元160。制冷循环系统200包括诸如压缩机130，冷凝器210，膨胀阀220和蒸发器230的部件。这些部件通过制冷剂管240顺序地连接，形成一个闭环。压缩机130构成了混合压缩机101。压缩机130压缩循环在制冷循环系统里的制冷剂，达到高温和高压。压缩了的制冷剂在冷凝器210中冷凝，冷凝了的制冷剂在膨胀阀220中以绝热状态膨胀。膨胀了的制冷剂在蒸发器230中汽化，通过蒸发器230的空气由于汽化了的制冷剂的汽化潜热而冷却。汽化温度传感器231设在蒸发器230的下游空气一侧，用于检测被蒸发器230冷却了的空气的温度(流过蒸发器的空气的温度)Te。流过蒸发器的空气的温度Te是一个用于确定制冷循环系统200的热负载的有代表性的数值。
混合压缩机101主要由皮带轮110，设置在箱体140里的马达120，以及压缩机130构成。如图2所示，皮带轮110包括其中心的一个皮带轮旋转轴111，通过轴承112和113由箱体140可转动地支撑。发动机10的驱动力通过皮带11传递给皮带轮110，以使皮带轮110旋转。马达120包括磁铁122，它构成转子，还有一个定子123。磁铁122固定在构成下面所描述的行星齿轮系150的内齿圈153的外圆周上，定子123固定在箱体140的内圆周上。马达120有一个马达旋转轴线121，它位于磁铁122的中心，也就是说，在内齿圈153的中心，在图2中用点划线表示。内齿圈由作为能源的蓄电池20供给定子123电力，以使磁铁122旋转。
压缩机130是一个固定容积式压缩机，其排量固定在一个预定值。具体地说，压缩机130是涡旋式压缩机。压缩机130包括一个静涡盘136，静涡盘136固定在箱体140上，以及一个动涡盘135，动涡盘135在压缩机旋转轴131顶端上的偏心轴134的驱动下绕着压缩机旋转轴131旋转。压缩机旋转轴131通过设置在隔离板141上的轴承132由隔离板141来可转动地支撑。制冷剂从设置在箱体140上的吸入孔143吸入到箱体140里，并且通过设置在隔离板141上的通孔144流入压缩室138。然后，制冷剂在压缩室137里被压缩，并且通过排放口139从排放室138里排放出去。这里，吸入的制冷剂接触到马达120，以使马达120被吸入的制冷剂冷却，因而提高了马达120的耐用性。
在本发明中，就象在后面描述的一样，压缩机130根据制冷循环系统200的热负载通过操作皮带轮110和马达120而驱动。因而，压缩机130的排量和尺寸可以比那些仅靠皮带轮110和马达120其中之一的运转来驱动的压缩机的排量和尺寸小一些。例如，压缩机130的排量和尺寸可以被设定为靠皮带轮110和马达120之一的运转来驱动的压缩机的排量和尺寸的1/2-1/3。皮带轮的旋转轴111，马达120，以及压缩机的旋转轴131连接到行星齿轮传动系150，行星齿轮传动系150作为传动机构设置在箱体140里。皮带轮110的旋转速度和马达120的旋转速度由行星齿轮传动系150改变并传递给压缩机130。如图3所示，行星齿轮传动系150包括一个在它中心的恒星齿轮151，连接到小齿轮152a上的行星齿轮架152，以及设置在小齿轮152a的外部、恒星齿轮151对面的内齿圈153。每个小齿轮152a旋转，并绕着恒星齿轮151转动。当行星齿轮传动系150旋转时，在恒星齿轮151的驱动力(恒星齿轮转矩)、行星齿轮架152的驱动力(行星齿轮架转矩)以及内齿圈153的驱动力(内齿圈转矩)之间满足如下的关系式。
行星齿轮架转矩＝恒星齿轮转矩+内齿圈转矩这里，皮带轮旋转轴111连接到恒星齿轮151上，马达120连接到内齿圈153上。压缩机旋转轴131连接到行星齿轮架152上。
控制单元160输入一个空气调节(A/C)需求信号，来自蒸发器温度传感器231的一个温度信号，一个发动机旋转速度信号以及类似的信号，并且根据输入信号控制马达120的运转。具体地说，控制单元160通过改变来自于蓄电池20的电功率来改变马达120的旋转速度。控制单元160基于图4A所示的控制特性，根据制冷循环系统200的热负载确定压缩机130的制冷剂排量。相似地，控制单元160基于图4B所示的控制特性，确定压缩机130的旋转速度以确保制冷剂的排量。排量定义为压缩机130每转的排量乘以压缩机130的旋转速度。随着压缩机130旋转速度的增加，压缩机130的排量也增加。控制单元160基于图5所示的行星齿轮传动系150的曲线，通过使用皮带轮110的旋转速度和压缩机130的旋转速度来确定马达120的旋转速度。
其次，下面将描述根据第一个实施例的上述结构的运转。在混合压缩机101里，压缩机130通过行星齿轮传动系150，靠皮带轮110的旋转驱动力、马达120的旋转驱动力来运转。马达120的旋转速度由控制单元160来调节，并且压缩机130的旋转速度相对于皮带轮110的旋转速度增加和减少。
图5给出了恒星齿轮151，行星齿轮架152以及内齿圈153的旋转速度。在图5的横坐标中，行星齿轮架152的位置由内齿圈153与恒星齿轮151的齿轮速比确定。这里，齿轮速比被设定为0.5。恒星齿轮151，行星齿轮架152以及内齿圈153的旋转速度位于图5中的一条直线上。控制单元160由发动机10的旋转速度信号计算皮带轮110的旋转速度。然后，如图4A，4B所示，控制单元160确定压缩机130的旋转速度以确保制冷循环系统200的热负载所需的压缩机排量。在图5中，一条直线由皮带轮110的计算旋转速度画到压缩机130的确定旋转速度。由于马达120的旋转速度位于直线的延长线上，马达120的旋转速度根据图5确定。这样，马达120在确定的旋转速度下运转。
再者，马达120的运转控制将参照图5详细描述。在冷却模式(快速制冷模式)，制冷循环系统200的热负载达到最大，如图5中直线A所示，马达120的旋转速度增加，以至于压缩机130的旋转速度比皮带轮110的旋转速度要高。因而，压缩机130的排量增加，并且压缩机130可以根据制冷循环系统200的最高热负载来运转。
在冷却模式结束后的正常制冷模式下，压缩机130的增加的排量是不需要的。因而，如图5中直线B所示，马达120的旋转速度减少，压缩机130的旋转速度比皮带轮110的旋转速度要低。因而，压缩机130的排量减少到正常制冷模式所需的排量。
当制冷循环系统200的热负载进一步降低，压缩机130的排量变得过剩的时候，马达120以相反的旋转方向运转，如图5中直线C所示，并且压缩机的旋转速度被设置为0。因而，压缩机130的排量被设置为0。也就是说，压缩机130的排量可以通过调节马达120的旋转速度被设置为0，而不需要使用在现有技术中的电磁圈式离合器。在这种情况下，马达120接收来自于连接到压缩机130上的行星齿轮架152的旋转力，按相反的旋转方向旋转以产生电力。
在正常的制冷模式下，当车辆以高速运行时，马达120以相反的旋转方向运转，如直线D所示，并且压缩机130在与直线B相同的旋转速度下运转。因而可以保持正常的制冷模式，确保压缩机130的排量与车辆以正常速度运行时的正常制冷模式的情况下的排量相同。在图5中的直线C，D的情况下，马达120以相反的旋转方向运转，可以产生电力，因此蓄电池20被充电。而且，当空转停止车辆暂时停止，并且发动机10也停止时，也就是说，当皮带轮110的旋转速度变为0，如图5中直线E所示时，马达120以一个中间旋转速度运转，压缩机130的旋转速度保持与图5中直线B所示的旋转速度相同。因此，甚至当发动机10停止时，压缩机130所需的排量也能得到保证，制冷循环系统200的运转可以继续下去。
其次，将描述具有上述结构的混合发动机装置的运转效果。压缩机130的旋转速度可以通过调节马达120的旋转速度相对于皮带轮110的旋转速度增加和减少。因而，压缩机130的排量可以根据皮带轮110的旋转速度和马达120的旋转速度而改变。再者，压缩机130的旋转速度可以比皮带轮110的旋转速度增加，以使压缩机130的排量可以比现有技术的压缩机的排量增加。因而，压缩机130的尺寸和排量可以设置得比现有技术的小一些。相反，压缩机130的旋转速度可以比皮带轮110的旋转速度低一些，以使压缩机130的排量减少。因此，压缩机130可以快速响应冷却模式结束后的正常制冷模式下的制冷循环系统200的热负载。而且，甚至当发动机10由于空转停止而停止，并且皮带轮110的旋转速度变为0时，压缩机130可以通过马达120的运转而运转。因此，在空转停止阶段，制冷模式可以以低成本来保持，不需要使用电磁圈式离合器。
由于压缩机130的旋转轴131连接到行星齿轮架152上，皮带轮110的驱动力和马达120的驱动力都可以通过包括恒星齿轮151、行星齿轮架152及内齿圈153在内的行星齿轮传动系150而施加到压缩机的旋转轴131上。因此，皮带轮110的能量和马达120的能量都可以供应给压缩机130，因而减少了发动机10的负载。再者，皮带轮旋转轴111连接到恒星齿轮151，马达120连接到内齿圈153。因此，皮带轮旋转轴111、压缩机旋转轴131以及马达120可以用一个简单的结构分别连接到恒星齿轮151、行星齿轮架152和内齿圈153上。结果，可以降低混合压缩机101的制造成本。由于压缩机130的排量可以通过调节马达120的旋转速度而改变，混合压缩机101可以使用固定排量的压缩机130，因而进一步降低混合压缩机101的制造成本。
在前述的第一个实施例中，马达120的旋转轴线121被描述了。然而，实际上，马达120是靠马达轴(121)来旋转的。
(第二个实施例)现在参照图6和7对本发明的第二个实施例进行描述。
在第二个实施例中，如图6所示，与第一个实施例相比，行星齿轮传动系150设置在马达120的转子部分120a，皮带轮旋转轴111、马达120的旋转轴以及压缩机旋转轴131连接到行星齿轮传动系150上。再者，与第一个实施例相比，混合压缩机101增加了电磁圈式离合器170和单向离合器180。这里，表面永久磁铁马达(surface permanent-magnet motor)(SP马达)被用做马达120，在表面永久磁铁马达中永久磁铁位于转子部分120a的外圆周上。行星齿轮传动系150设置在转子部分120a内圆周一侧的空间里。皮带轮旋转轴111连接到行星齿轮架152上，转子120的转子部分120a连接到恒星齿轮151上。压缩机旋转轴131连接到内齿圈153上。转子部分120a和内齿圈153可以通过轴承114独立于皮带轮旋转轴111而旋转。
电磁圈式离合器170和单向离合器180设置在皮带轮旋转轴111上。电磁圈式离合器170是用于切断从发动机10到皮带轮旋转轴111的驱动力的，由线圈171和轴套172构成。轴套172固定在皮带轮旋转轴111上。当线圈171被通以电流时，轴套172接触皮带轮110，电磁圈式离合器170接通(开始工作)，因此皮带轮旋转轴111与皮带轮110一起旋转。当线圈171被去除电流时，轴套172和皮带轮旋转轴111从皮带轮110上分离，电磁圈式离合器170关闭(停止工作)。电磁圈式离合器170的接通一关闭操作由控制单元160执行。单向离合器180设置在靠近行星齿轮传动系150，位于皮带轮旋转轴111轴线方向，行星齿轮传动系150和电磁圈式离合器170之间，并且固定到箱体140上。单向离合器180允许皮带轮旋转轴111仅按常规的旋转方向旋转，并且防止皮带轮旋转轴111按相反的旋转方向旋转。
再者，具有前面讲到的第二个实施例的结构的混合压缩机的运转将参照图7描述如下。在冷却模式，需要压缩机的最大排量，电磁圈式离合器170接通，皮带轮110的驱动力通过行星齿轮传动系150从皮带轮旋转轴111传递给压缩机旋转轴131。在这种情况下，压缩机130运转，单向离合器180处于空闲状态。此时，如图7中直线F所示，马达120以与皮带轮110旋转方向相反的方向旋转，因而使压缩机130的旋转速度高于皮带轮110的旋转速度，并且增加了压缩机130的排量。随着马达120的旋转速度增加，压缩机130的旋转速度也增加。
在冷却模式结束后的正常制冷模式下，电磁圈式离合器170接通，马达120和压缩机130主要靠皮带轮110的驱动力运转，而单向离合器180处于空闲状态。此时，由于压缩机130执行压缩工作，压缩机130的运转扭矩高于马达120的运转扭矩。因而，如图7中直线G所示，压缩机130的旋转速度比皮带轮110的低，并且压缩机130的排量降低。另一方面，马达120作为发电机，以一个高于皮带轮110的旋转速度运转，并且马达120给蓄电池20充电。这里，随着马达120的旋转速度降低，压缩机130的旋转速度增加。
当发动机10停止时，电磁圈式离合器170关闭，压缩机130靠马达120的驱动力运转。此时，如图7中直线H所示，马达120反向运转，并且马达120的驱动力反向施加给皮带轮旋转轴111。在这种情况下，皮带轮110被单向离合器180锁定，并且马达120的驱动力传递给压缩机130。这里，随着马达120的旋转速度增加或减少，压缩机130的旋转速度增加或减少。甚至当发动机10运转时，如果电磁圈式离合器170关闭，压缩机130可通过反向驱动马达120来运转，就象发动机10停止一样。
如上所述，由于SP马达被用做马达120，行星齿轮传动系150可以被有效地设置在转子120a的空间里，因而减少了混合压缩机101的尺寸。而且，皮带轮旋转轴111，马达120以及压缩机旋转轴131分别连接到行星齿轮架152，恒星齿轮151以及内齿圈153上。因此，压缩机130相对于马达120的减速比可以很大，并且马达120可以有一个高的旋转速度和一个低的扭矩，因而降低了混合压缩机101的尺寸及其制造成本。
而且，在第二个实施例中，提供了电磁圈式离合器170和单向离合器180。因而，甚至当发动机10运转时，当制冷循环系统200的热负载较低并且有足够的电力存储在蓄电池20中时，压缩机130可以由马达120通过使用来自于蓄电池20的电力来运转。因而，发动机10的运转比(operational ratio)可以被降低，因而提高了燃油消耗性能。在第二个实施例中，其他部分与前述的第一个实施例类似。
(第三个实施例)现在参照图8和9对本发明的第三个实施例进行描述。如图8所示，在第三个实施例中，与第二个实施例相比，另一个单向离合器(第二单向离合器)190加到混合压缩机101中。第二单向离合器190允许马达120仅按与皮带轮110旋转方向相反的方向旋转。第二单向离合器190被设置在马达120的转子部分120a和箱体140之间。
在第三个实施例中，混合压缩机101的运转与第二个实施例在以下情况下不同之处是在冷却模式，冷却模式结束后的正常制冷模式，发动机10停止时的制冷模式以及发动机10运转时的制冷模式中的冷却模式结束后的正常制冷模式。如图9中直线G所示(与图7中直线G相对应)，在上述的第二个实施例中，马达120和压缩机130靠皮带轮110的驱动力运转。然而，在第三个实施例中，如图9中直线I所示，马达120被第二单向离合器190沿皮带轮110的旋转方向被锁定并停止。因此，皮带轮110的所有驱动力都可以传递给压缩机130，并且压缩机130的旋转速度相对于皮带轮110的旋转速度增加。
因此，用于驱动马达120以产生电力的驱动力就不需要了，发动机10的负载减少，因而改善了燃油消耗性能。再者，由于马达120不执行产生电力的操作，对电力产生的控制就不需要了。而且，从马达120到压缩机130的电力不需要了，蓄电池的能源消耗可以减少了。即使连接到行星齿轮传动系150的马达轴121和压缩机旋转轴131的位置被互换了，与第二个实施例相同的运转效果也可以获得。在第三个实施例中，其它部分与前述的第二个实施例相同。
(第四个实施例)现在要参照图10-14对本发明的第四个实施例进行描述。在第四个实施例中，与第三个实施例相比，压缩机130的异常运转检测功能以及保护发动机10的保护功能被增加到混合压缩机装置100中。如图10所示，在第四个实施例中，在内齿圈153的外圆周设有凹槽部分150a和突起部分150b，压缩机旋转轴131连接到内齿圈153上。如图11所示，磁力线产生于转子部分120a和定子部分123之间。一小部分磁力线泄漏到转子部分120a的径向内侧，以及定子123的径向外侧。当具有凹槽部分150a和突起部分150b的内齿圈旋转，同时磁力线泄漏时，在转子部分120a径向内侧的磁阻每经过凹槽部分150a和突起部分150b就改变一次。这样，定子123中的磁力线改变。因而，下面公式(1)中定义的感应电压V产生于定子123的一个线圈123a的两端。
V＝N×dΦ/dt……(1)这里，N是线圈123a的匝数，Φ是磁通量，t是时间。线圈123a两端的感应电压的波动可通过有限元方法(FEM)计算得到。计算结果在图12中示出。如图12中看到的一样，感应电压的波动可由控制单元160确定，甚至在压缩机130处于一个较低的运转状态下，例如2000rpm的旋转速度，即，压缩机130的运转下限。
其次，检测感应电压V和保护发动机10的控制操作参照图13中的流程图描述如下。在步骤S1，确定空调(A/C)是否被打开。即，在步骤S1，确定是否收到空气调节需求信号。当空调被打开时，即，当步骤S1的决定是YES(是)时，在步骤S2确定发动机10是否运转。当步骤S1的决定是NO(否)时，控制程序结束，并从起始步骤重新开始。当步骤S2确定发动机10运转时，在步骤S3确定压缩机130是否需要仅靠马达120的驱动来运转。这里，确定标准是根据制冷循环系统200的热负载来设定的。热负载可以被划分为冷却模式下的高热负载，正常制冷模式下的中热负载以及低负载。压缩机130在冷却模式下通常靠发动机10和马达120来运转，在正常制冷模式下通常仅靠发动机10来运转。再者，在低负载模式下，压缩机130通常仅靠马达120来运转。
当在步骤S3确定压缩机130不需要仅靠马达120来驱动时，即，当在步骤S3的决定是NO(否)时，在步骤S4，压缩机130的等待状态得以保持。这里，预定压缩机130的旋转速度增加并稳定0.5s，并且等待状态在步骤S4保持0.5s。然后，在步骤S5，电磁圈式离合器170接通。在步骤S6，确定压缩机130是否需要仅靠发动机10来运转。当制冷循环系统200的热负载是正常制冷模式下的热负载时，即，当在步骤S6确定压缩机130需要仅靠发动机10来运转时，在步骤S7马达120的运转停止。具体地说，就象在第三种实施例中描述的一样，当马达120被第二单向离合器190锁定时，马达120的通电被停止。这样，压缩机130仅靠发动机10的驱动力运转。
在步骤S8，确定产生于线圈123a两端的感应电压的波动是否超过预定值。当确定感应电压的波动小于预定值时，可以确定连接到内齿圈153上的压缩机130没有按原始的旋转速度运转。在步骤S9，电磁圈式离合器170被关闭。当在步骤S8确定波动大于或等于预定值时，可以确定压缩机130正常运转，并且压缩机130是靠发动机10运转。
另一方面，当在步骤S2确定发动机10的运转停止或在步骤S3确定压缩机130需要仅靠马达120运转时，在步骤S10电磁圈式离合器170关闭。然后，在步骤S11，马达120运转，压缩机130靠马达120运转。在步骤S12，压缩机130的运转异常(锁死)通过马达120的电流值(currentvalue)检测出来。当在步骤S6确定压缩机130不需要仅靠发动机10运转时，在步骤S11马达120运转，并且压缩机130靠发动机10和马达120运转。在步骤S12，通过供应给马达120的电流值来执行异常检测。
当压缩机130靠马达120运转时，如果压缩机130发生类似锁死这样的运转异常时，运转异常可以在步骤S12通过马达120的电流值检测出来。在第四个实施例中，当压缩机130类似于锁死这样的运转异常发生时，连接到压缩机130的内齿圈153的旋转速度降低或变为0，并且线圈123a的感应电压波动也降低了。因此，就不需要另外的检测装置了，压缩机130的运转异常可通过感应电压的波动检测出来。压缩机旋转轴131连接到内齿圈153上，在内齿圈153的外圆周上有凹槽部分153a和突起部分153b。由于凹槽部分153a和突起部分153b靠近磁铁122的径向内侧的位置设置，因此感应电压的波动可以很容易地检测到。再者，当检测到的感应电压的波动小于标准值时，即，当压缩机130类似于锁死这样的运转异常发生时，电磁圈式离合器170关闭。因此，可以防止发动机10过载，因而保护了发动机10。
如图14所示，马达120可以连接到内齿圈153上，并且压缩机旋转轴131可以连接到恒星齿轮151上。在这种情况下，压缩机旋转轴131包括第二转子部分131a，并且第二转子部分131a的外圆周一侧位于转子部分120a的内圆周一侧。再者，第二转子部分131a包括凹槽部分150a和突起部分150b。即使在这种情况下，也可以获得同样的运转效果。
(第五个实施例)现在参照图15对本发明的第五个实施例进行描述。在第五个实施例中，与前面描述的那些实施例类似的部件用相同的标号来表明，并且其详细描述被省略。
在第五个实施例中，如图15所示，马达120和行星齿轮传动系150设置在马达箱体331内。而且，吸入口331a形成在马达箱体331的外圆周部分中，并且止回阀380设置在吸入口331a中。制冷剂从制冷循环系统200的蒸发器230中流出，从吸入口331a流入马达箱体331中。止回阀380防止制冷剂通过吸入口331a从马达箱体331中流出。再者，轴密封装置395设置在皮带轮旋转轴111和马达箱体331之间，并且轴密封装置395防止制冷剂和润滑油从马达箱体331中流出。
压缩机130是一个固定容积式压缩机，其排量设定为一个预定值。例如，压缩机130是涡旋式压缩机。压缩机130包括一个静涡盘344，它构成压缩机箱体的一部分，和一个动涡盘343，它靠设置在压缩机旋转轴131顶端上的偏心轴134绕压缩机旋转轴131旋转。静涡盘344和动涡盘343互相配合，在外圆周一侧形成一个吸入室347，在内圆周一侧形成一个压缩室345。静涡盘344在皮带轮110的相反侧固定在马达箱体331上。压缩机旋转轴131通过设置在突出壁331d上的轴承348由突出壁331d可转动地支撑。突出壁331d从皮带轮110相对侧的马达箱体331的侧壁331c上平行于压缩机旋转轴131突出。动涡盘135相对侧的压缩机旋转轴131的端部连接到内齿圈153上。
吸入口372a形成在侧壁331c中，在圆周上的两个位置上彼此相对，并且靠动涡盘343来打开和关闭。当一个吸入口372a打开时，吸入室347和马达箱体331的内部空间可以互相连通。通过吸入口372a，马达箱体331内的压力可以与吸入室347内的压力相同，即，与吸入的制冷剂的压力相同。在本发明中，吸入室347与压缩机130的吸入区(suction area)相对应。开口331e在突出壁331d的下侧由突出壁331d限定，其位置比行星齿轮传动系150的小齿轮152a和内齿圈153之间的啮合区的最下端要高一些。再者，设置存储壁331b，存储壁331b用于保存被引入到马达箱体331内的预定数量的润滑油。由于设有开口331e，润滑油可以按预定的数量保存在存储壁331b内。下侧的吸入口372a的位置比存储壁331b的上端低。
压缩机盖341固定在静涡盘344上与马达箱体331相对的一侧，并且由压缩机盖341和静涡盘344限定的空间被隔离壁341c分隔成排放室346和储油室341a。压缩室345和排放室346通过设置在静涡盘344中心的排放口344a互相连通。在隔离壁341c中设有一个小直径的排放孔341d。排放室346和储油室341a通过排放孔341d互相连通。通过排放孔341d，储油室341a内的压力与排放室346内的制冷剂压力相同。在本发明中，储油室341a对应于压缩机130的排放面积。
储油室341a是用于存储从制冷剂里分离出的润滑油，它包括一个离心式分离器360，分离器360用于从制冷剂里分离润滑油。离心式分离器360是一个向下侧延伸的漏斗形的部件。离心式分离器360的大直径部分的外圆周与储油室341a的内壁接触，并且在高于排放孔341d的位置固定在其上。排放口341b设置在储油室341a的侧壁341e上，其位置高于离心式分离器360，并且其开口朝向制冷循环系统200的冷凝器210。排放口341b和排放孔341d通过离心式分离器360的内部空间互相连通。第一减压连通通道371设置在储油室341a和马达箱体331的下侧位置。储油室341a与马达箱体331的内部空间通过第一减压连通通道371连通，而储油室341a内的压力由第一减压连通通道371，利用其小直径的阻尼作用而降低。在本发明中，第一减压连通通道371对应于进油通道。
其次，具有上述的第五个实施例的结构的混合压缩机的运转将描述如下。如在第一和第二个实施例中描述的一样，压缩机130的旋转速度可以通过相对于皮带轮110的旋转速度调节马达120的旋转速度和马达120的旋转方向而增加和减小。
当压缩机130运转时，制冷剂从吸入口331a吸入到马达箱体331内，并且围绕马达120和围绕行星齿轮传动系150流过。然后，制冷剂从吸入口372a流入吸入室347中，并且被朝向压缩室345中心的涡盘343、344压缩。压缩的制冷剂从排放口344a流入排放室346中，并且从排放孔341d到达离心式分离器360。此时，诸如涡盘135、344和偏心轴134这样的滑动部分就被包含在制冷剂里的润滑油所润滑。压缩的制冷剂流过排放孔341d时，其流动速度增加，并且螺旋式地流入离心式分离器360的下部。由于包含在制冷剂里的润滑油的比重比制冷剂大，润滑油在储油室341a的侧壁上与制冷剂分离，并且存储在储油室341a的下侧。制冷剂与润滑油分离，流经离心式分离器360的内部，从排放口341b流出压缩机130。
存储在储油室341a下侧的润滑油，由于储油室341a内制冷剂的压力，即，制冷剂的压缩压力，而从第一减压连通通道371被引入马达箱体331中。引入的润滑油存储在马达箱体331内，直到达到存储壁331b的最上端、马达120的下侧位置以及小齿轮152a和内齿圈153的啮合部分。再者，由于马达箱体331内的压力比储油室341a内的压力低，包含在润滑油内的制冷剂在马达箱体331内汽化。因此，含有制冷剂的润滑油喷射到马达120和行星齿轮传动系150上。当润滑油的液体表面超过存储壁331b的顶端时，润滑油从设置低于存储壁331b顶端的吸入口372a流入吸入室347，因此涡盘135、344和偏心轴134被润滑。
如上所述，在第五个实施例中，包含在制冷剂里的润滑油通过储油室341a内的离心式分离器360与制冷剂分离，并且分离的润滑油通过第一减压连通通道371被引入马达箱体331内。然后，引入的润滑油从马达箱体331循环到压缩机130的吸入室347。因此，润滑油可以一直供应给马达箱体331内的行星齿轮传动系150，因而提高了行星齿轮传动系150的可靠性。而且，由于马达120也设置在马达箱体331内，因此马达120可以被润滑油冷却，从而提高了马达120的可靠性。再者，取代提高行星齿轮传动系150和马达120可靠性，可以减小行星齿轮传动系150和马达120的尺寸。
由于润滑油是通过离心式分离器360从制冷剂里分离出来的，循环在制冷循环系统200里的制冷剂几乎不含润滑油。因此，润滑油不会附着在设置在制冷循环系统200里的诸如蒸发器230这样的热交换器上，因而防止蒸发器230的热交换效率由于润滑油的原因而降低。再者，由于吸入口331a设置在马达箱体331中，行星齿轮传动系150和马达120可以被压缩前的低温制冷剂有效地冷却，因而进一步提高马达120和行星齿轮传动系150的可靠性。由于储油室341a和马达箱体331的内部空间通过第一减压连通通道371互相连通，分离出的润滑油可通过制冷剂的排放压力引入到马达箱体331内，同时也可防止大量的压缩的制冷剂返回到马达箱体331。
因为存储壁331b设置在马达箱体331中，润滑油的液体表面可以保持在高于行星齿轮传动系150的小齿轮152a和内齿圈153之间的啮合区的位置。因此，在行星齿轮传动系150运转时，润滑油可以充分地供应给行星齿轮传动系150，而且行星齿轮传动系150也必定会被润滑到。超出存储壁331b顶端的润滑油通过吸入口372a重新返回到压缩机130。
当不使用混合压缩机101时，其温度降低，制冷剂在马达箱体331内或压缩机130内被冷凝。然后，马达箱体331或压缩机130内的润滑油可能会与冷凝的制冷剂一起从吸入口331a溢出。然而，由于吸入口331a有止回阀380，因此润滑油不会与冷凝的制冷剂一起从吸入口331a溢出。因此，混合压缩机101不会重新启动，而润滑油也不会供应给行星齿轮传动系150和压缩机130，因而防止发生诸如行星齿轮传动系150被锁死和压缩机130被锁死这样的麻烦发生。
再者，压缩机130是涡旋式压缩机，并且马达箱体331和排放口341b设置在压缩机旋转轴131的轴线方向上位于压缩机130的压缩区的两端侧。因此，混合压缩机101可以很容易地构造。再者，除了设置在马达箱体331中的吸入口331a以外，还可以设置另一个直接与吸入室347连通的吸入口。当吸入口331a只设置在在马达箱体331中时，制冷剂从行星齿轮传动系150和马达120吸收热量。因此，制冷剂的温度升高，制冷剂会膨胀。当膨胀了的制冷剂被压缩机130压缩时，压缩机130的压缩效率降低。因此，如果在马达箱体331和压缩机130的箱体上都设有吸入口331a时，它可以限制制冷剂的膨胀，而行星齿轮传动系150和马达120可以被冷却。即使在第五个实施例中，压缩机130的旋转速度也可以通过调节马达120相对于皮带轮110旋转速度的旋转速度而改变。在第五个实施例中，压缩机130也可以设置在马达箱体331内。
(第六个实施例)现在参照图16对本发明的第六个实施例进行描述。在第六个实施例中，设置了第二减压连通通道372b，取代了第五个实施例中描述的吸入口372a。具体地说，吸入口331a设置成直接与吸入室347连通，但是图15中的吸入口372a、存储壁331b以及开口331e都取消了。即，马达箱体331的空间与压缩机130隔离开。
第二减压连通通道372b是设置为一个连通通道，使马达箱体331的内部空间与压缩机130的吸入室347互相连通。第二减压连通通道372b有一个象第一减压连通通道371一样的预定的小直径。马达箱体331的内部空间通过第二减压连通通道372b与吸入室347连通，而马达箱体331内的制冷剂压力在第二减压连通通道372b内由于阻尼作用而降低。因而，由于第一和第二减压连通通道371、372b，储油室341a内、马达箱体331内以及吸入室347内的制冷剂压力依次降低。即，马达箱体331内制冷剂的压力被设定为介于吸入室347内的吸入压力和储油室341a内的排放压力之间。因此，润滑油可以平稳地在储油室341a、马达箱体331和吸入室347之间循环。因此，润滑油可以充分地供应给行星齿轮传动系150和马达120，以使行星齿轮传动系150和马达120可以被润滑油所润滑和冷却，因而提高了行星齿轮传动系150和马达120的可靠性。在第六个实施例中，其它部件与前述的第五个实施例中一样。
(其它实施例)可以使用行星滚轮(planetary roller)或差动齿轮取代前述的实施例中的行星齿轮传动系150。行星齿轮传动系150和皮带轮110之间的连接、马达120和压缩机130之间的连接可以采用其它的连接结构，不需要限制在前述的实施例中的连接结构。在本发明中，当皮带轮110的驱动扭矩和马达120的驱动扭矩增加，并且增加的驱动扭矩传递给压缩机130时，连接结构可以适当地改变。例如，马达120可以连接到恒星齿轮151上，皮带轮旋转轴111可以连接到内齿圈153上。在这种情况下，压缩机旋转轴31连接到行星齿轮架152上。
在固定容积式压缩机中，压缩机130可以是柱塞式压缩机或滑片式压缩机(through vane type compressor)，而不限于涡旋式压缩机。再者，压缩机130可以是可变容积式压缩机，诸如旋转斜盘式压缩机，以取代固定容积式压缩机。在这种情况下，压缩机130的可变排量可以进一步增加。本发明可以应用于多动力型汽车，该汽车包括一个驱动马达用于驱动车辆，而车辆发动机10在车辆的某个预定的运转条件下停止。
尽管参照前面的优选实施例对本发明进行了展示和描述，但在不偏离权利要求所限定的本发明范围的情况下，其形式和细节是可以改变的，这对本领域的普通技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.一种混合压缩机装置，包括驱动单元(110)，所述驱动单元(110)通过接收来自于外部驱动源的驱动力而旋转；马达(120)，所述马达(120)通过接收来自于外部电源的电力而旋转；压缩机(130)，所述压缩机(130)由驱动单元和马达中的至少一个来运转，所述压缩机用于压缩制冷循环系统中的制冷剂，压缩机包括吸入区(347)，制冷剂被压缩之前被引入其中，排放区(341a)，压缩的制冷剂流入其中，以及油分离单元(360)，所述油分离单元(360)用于将包含在制冷剂里的润滑油从制冷剂里分离出来，并且将分离的润滑油存储在排放区中；传动机构(150)，传动机构(150)设置在压缩机与驱动单元(110)和马达(120)中的至少任一个的之间，传动机构用于改变驱动单元和马达中的至少一个的旋转速度，并将其传递给压缩机；箱体(331)，所述箱体(331)用于容纳马达和传动机构；以及形成油引导通道(371)的装置，存储在排放区(341a)的润滑油通过油引导通道(371)被引入到箱体中，其中，箱体的内部空间通过连通通道(172a，172b)与吸入区连通。
2.根据权利要求1所述的混合压缩机装置，其中压缩机和箱体中的至少一个具有吸入口(331a)，制冷剂从吸入口(331a)被引入到压缩机的吸入区(347)中。
3.根据权利要求1所述的混合压缩机装置，其中箱体被设置得可以容纳压缩机，马达和传动机构；及箱体具有吸入口(331a)，在设置马达和传动机构的一侧，制冷剂从吸入口(331a)吸入到压缩机中。
4.根据权利要求1-3任何一项所述的混合压缩机装置，其中油引导通道是减压连通通道(371)，排放区通过它与箱体的内部空间连通，而来自于排放区的压力在连通通道里降低。
5.根据权利要求1-3任何一项所述的混合压缩机装置，其中传动机构(150)包括多个可移动元件(152a，153)；箱体具有存储壁(331b)，存储壁(331b)用于在箱体里存储预定数量的润滑油；存储壁具有顶端，所述顶端位于高于可移动部分之间的接触区；及连通通道设置在低于存储壁的顶端的位置。
6.根据权利要求1所述的混合压缩机装置，其中油引导通道是第一减压连通通道(371)，排放区通过它与箱体的内部连通，而从排放区朝向箱体内部压力降低；及连通通道是第二减压连通通道(172b)，箱体内部通过它与吸入区连通，而从箱体内部朝向吸入区压力降低。
7.根据权利要求1-3任何一项所述的混合压缩机装置，其中的润滑油分离单元是设置在排放区中的离心式分离器(360)。
8.根据权利要求2所述的混合压缩机装置，还包括设置在吸入口的止回阀(380)，所述止回阀(380)用于防止润滑油通过吸入口从箱体里流出。
9.根据权利要求1所述的混合压缩机装置，其中压缩机包括一个压缩区(137，345)，压缩区(137，345)用于压缩制冷剂，以及一个排放口(341b)，压缩的制冷剂从排放口(341b)排放到压缩机的外面；及箱体和排放口设置在压缩机的旋转轴线方向上压缩区的两侧。
全文摘要
一种用于车辆的混合压缩机，在车辆暂时停止时，其发动机也停止，皮带轮(110)，马达(120)以及压缩机(130)可以相互独立地被驱动，并且被连接到行星齿轮传动系(150)的恒星齿轮(151)，行星齿轮架(152)和内齿圈(153)上。马达的旋转速度通过控制器(160)来调节，以使压缩机的旋转速度相对于皮带轮的旋转速度改变。因此，混合压缩机的制造成本和尺寸可以降低，而且甚至在车辆发动机停止时，制冷功能也可得以保持。
文档编号F04B35/00GK1769709SQ20051012009
公开日2006年5月10日 申请日期2002年11月28日 优先权日2001年11月30日
发明者铃木康, 岩波重树, 麻弘知, 宇野庆一 申请人:株式会社电装