专利名称：电动压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可减少驱动噪声的电动压缩机。
背景技术：
在现有技术的安装电动马达作为推进车辆的驱动源的混合动力车辆或电动汽车中，当车辆临时停车时，通过使电动马达处于非工作状态来减少由于电动马达驱动而产生的噪声。在诸如混合动力汽车的车辆中，电动压缩机安装成使得无论用于推进的电动马达的驱动状态如何，空调都可使用。然而，如果电动压缩机安装在诸如混合动力汽车的车辆上，由于在用于推进车辆的电动马达不工作时，电动压缩机被驱动，噪声会成为一个问题。关于该问题已提出抵消压缩机的驱动噪声的消音设备，见日本特许专利公开No. 4-334713。根据该公开的消音设备，从扬声器输出与压缩机中产生的驱动噪声的相位相反的声音以抵消压缩机的驱动噪声。由此，消音设备可抑制到外部的压缩机驱动噪声。在该消音设备中，需要与压缩机分离地在压缩机的本体附近设置扬声器。另一方面，在包括混合动力汽车的近年来的汽车中，需要与车辆控制的复杂性相符的地安装大量部件。结果，出现了无法充分保证用于放置新部件的空间的问题。因此，消音设备很难与压缩机分开地安装在车辆上。
发明内容
相应地，本发明的一个目的是提供一种以能够以节省空间的方式设置并且可抑制噪声的电动压缩机。为了实现前述的目的并且按照本发明的一个方面，提供了一种电动压缩机，所述电动压缩机包括电动马达、压缩机构、本体、马达控制部、波形产生部和至少一个振动施加设备。所述压缩机构由所述电动马达驱动以压缩气体。所述本体容纳所述电动马达和所述压缩机构。所述马达控制部通过控制对所述电动马达的电力供给来驱动所述电动马达。所述波形产生部产生与所预测的因所述电动马达的驱动而将在所述本体中产生的振动的波形相位相反的波形。所述振动施加设备设置于所述本体上，并且向所述本体施加具有由所述波形产生部产生的呈相反相位的所述波形的振动。本发明的其它方面以及优点将从以下结合作为本发明原理的示例示出的附图进行的描述中变得清楚。
参考以下对当前优选实施方式的描述以及附图，可以最佳地理解本发明及其目的和优点，在附图中图IA是电动压缩机的示意性侧视图；图IB是电动压缩机的示意性主视图；、
图2是沿图IB中的线2-2所截取的截面图；图3是根据另一实施方式的电动压缩机的示意性侧视具体实施例方式下面参照图1A、图IB和图2描述根据本发明的一个实施方式的电动涡旋压缩机10。在以下的描述中，前后方向被定义为图IA中的箭头Yl的方向。上下方向被定义为图IA中的箭头Y2的方向。同样地，左右方向被定义为图IB中的箭头Y3的方向。如图IA和图IB所示，用于将电动压缩机10固定至基部12的安装部13形成在电动压缩机10的壳体11上。在该实施方式中，壳体11和安装部13构成电动压缩机10的本 体KT。基部12是驱动源腔室的内壁面，该驱动源腔室容纳作为例如混合动力汽车或电动汽车中的用于车辆行驶的驱动源的马达。安装部13由诸如螺栓的紧固件固定，而作为接触部的远端面13a与基部12接触。如图2所示，壳体11包括沿前后方向延伸并且具有封闭的一端的圆筒形第一壳体构件Ila以及沿前后方向延伸并且具有封闭的一端的圆筒形第二壳体构件lib。第一和第二壳体构件IlaUlb由诸如螺栓的紧固工具相互固定。第一壳体构件Ila和第二壳体构件Ilb通过压铸铝合金形成。在第一壳体构件Ila中形成有用于吸入待通过电动压缩机10进行压缩的气体一即，制冷剂气体——的抽吸孔14。此外，作为输出轴的转轴15设置于第一壳体构件Ila中而沿前后方向延伸。转轴15由轴承16和轴承17支撑为是绕转轴15的轴线L旋转的，轴承16和轴承17分别设置于转轴15的两端。永磁体嵌入式转子20固定在转轴15上而与转轴15整体地旋转。此外，齿21a围绕转子20形成在第一壳体构件Ila的内周面上。定子线圈21b绕每个齿21a卷绕。齿21a和定子线圈21b形成定子21。在该实施方式中，电动马达23由转轴15、转子20和定子21构成。该实施方式中的电动马达23是具有三种线圈——S卩，U相线圈、V相线圈、和W相线圈——作为定子线圈21b的三相交流同步电机。电动马达23容纳在第一壳体构件Ila的马达容纳腔24中。支撑转轴15前侧的轴承17设置于间壁25上，间壁25限定第一壳体构件Ila中的马达容纳腔24。转轴15的前端插入穿过形成在间壁25中的插入孔25a。在转轴15的前端面上，在相对于转轴15的轴线L偏离中心的位置处形成有偏心轴15a。偏心轴15a通过轴承27支撑作为可运动构件的动涡旋体构件30。动涡旋体构件30包括盘形基板30a和自基板30a向前延伸的动涡旋体部分30b。动涡旋体构件30在转轴15旋转时绕转轴15的轴线L盘旋，即进行回旋运动，同时绕偏心轴15a的旋转运动受到限制。定涡旋体构件31固定在第一壳体构件Ila的开口端。定涡旋体构件31包括盘形基板31a、自基板31a的周缘部延伸的圆筒形外周壁31b、以及在外周壁31b的内侧自基板31a向后延伸的定润旋体部分31c。外周壁31b的远端面接合至间壁25的前部表面。定祸旋体构件31的基板31a、外周壁31b以及间壁25限定涡旋体容纳腔33。使马达容纳腔24与涡旋体容纳腔33连通的连通孔25b形成在间壁25中。动涡旋体构件30和定涡旋都间31设置成使得动涡旋体部分30b和定涡旋体部分31c在涡旋体容纳腔33中相互配合，并且还使得动涡旋体部分30b和定涡旋体部分31c各自的远端面在另一侧上与涡旋体构件30、31的基板30a、31a接触。由此，动涡旋体构件30的基板30a和动涡旋体部分30b以及定涡旋体构件31的基板31a和定涡旋体部分31c在涡旋体容纳腔33中限定出压缩腔34。在该实施方式中，动涡旋体构件30和定涡旋体构件31构成压缩机构32。用于将气体引入压缩腔34的抽吸腔35限定在定涡旋体构件31的外周壁31b与动涡旋体构件30的动涡旋体部分30b的最外周部之间。抽吸腔35通过抽吸通道36连接至连通孔25b。
通过接合第二壳体构件Ilb和定涡旋体构件31在定涡旋体构件31的前方限定出排出腔37。在定涡旋体构件31中在基板31a的中央处形成有将压缩腔34连接至排出腔37的排出孔31d。由打开/关闭排出孔31d的引导阀构成的排出阀40设置在定涡旋体构件31的与排出腔37相对的表面上。排出阀40防止从压缩机构32排出的压缩气体回流到压缩机构32。此外，调节排出阀40的开度的挡板41固定于定涡旋体构件31的与排出腔37相对的一侧上。排出阀40在前后方向上在密封位置和打开位置之间操作，在密封位置，通过与定涡旋体构件31接触而封闭排出孔31d，在打开位置，当被压缩气体朝向挡板41推动时打开排出孔31d。此外，在第二壳体构件Ilb中形成有排放排出腔37中的压缩气体——即，高压制冷剂气体——的排出孔42。当供给至电动马达23的动力驱动转轴15时，动涡旋体构件30通过偏心轴15a绕定涡旋体构件31的轴线——即，转轴15的轴线L——盘旋。压缩腔34从两个涡旋体构件30,31的涡旋体部分30b、31c的外周向中央运动，同时通过动涡旋体构件30的盘旋运动使容积减小。因而，从抽吸腔35吸入到压缩腔34的气体被压缩。之后，由压缩机构32压缩的气体通过排出阀40从排出孔31d排出至排出腔37。此外，随着压缩机构32的运行，通过第一壳体构件Ila的抽吸孔14吸入气体。吸入的气体穿过连通孔25b和抽吸通道36，并且被引入到抽吸腔35。此外，排出至排出腔37中的压缩气体从排出孔42排放到电动压缩机10的外部。此外，由于电动马达23的驱动，电动压缩机10中的每个部件处发生振动，本体KT也相应地振动。例如,频率等于电动马达23的转速的振动由于电动马达23的驱动而从电动马达23传递至本体KT。主要在垂直于轴线L的上下方向上以及在左右方向上的、频率等于电动马达23的转速的振动通过动涡旋体构件30绕转轴15的轴线L的盘旋运动而从压缩机构32传递至本体KT。由于涡旋体构件30、31的涡旋体部分30b、31c之间的摩擦产生的振动从压缩机构32传递至本体KT。摩擦噪声由这种振动产生。本体KT的外表面上的压缩机构32的上方处是与安装部13的远端面13a隔开最远的位置，也是振动变得最大的位置。随着压缩气体从排出阀40排出，频率等于电动马达23的转速的振动从排出阀40传递至本体KT并且主要向前后方向。然后，如图IA和图IB所示，在电动压缩机10的本体KT的外表面——诸如壳体11和安装部13-上设置有前压电设备45a、安装部压电设备45b、和上压电设备45c作为向壳体11施加振动的振动施加设备。每个压电设备45a至45c是层叠多个压电装置的层叠型压电致动器，并且通过根据所施加的电压膨胀/收缩而向壳体11施加振动。更详细地，前压电设备45a设置于壳体11的外表面上且在形成排出腔37的部位处。此外，前压电设备45a设置为在前后方向上与排出孔31d和排出阀40对齐，即，当从前面看时，前压电设备45a设置为面对排出孔31d和排出阀40。前压电设备45a通过电压的施加而向本体KT施加前后方向上的振动。此外，安装部压电设备45b设置于电动压缩机10的左侧上的安装部13的外表面上。安装部压电设备45b通过电压的施加而向本体KT施加左右方向上的振动。上压电设备45c设置于壳体11的外表面上在压缩机构32的位置处并且在壳体11外侧上的垂直于电动马达23的转轴15的上下方向上的上侧位置处。上压电设备45c设置在本体KT的外表面上的距离安装部13的远端面13a最远的位置处。上压电设备45c通过电压的施加而向本体KT提供上下方向上的振动。 接下来，根据图IA和图IB描述电动压缩机10的马达驱动构造。如图IA和图IB所示，电动压缩机10具有控制器50，控制器50控制安装于其上的电动压缩机10的运行。控制器50包括通过控制对电动马达23的电力供给来驱动电动马达23的马达控制部51以及通过给各个压电设备45a至45c施加电压来控制膨胀/收缩操作的振动控制部52。电动马达23和振动控制部52连接至马达控制部51。马达控制部51包括由诸如IGBT (绝缘栅双极晶体管)的切换元件构成的逆变电路。马达控制部51将从直流电源提供的电力转换为三相交流电，并根据来自外部的速度指令通过借助于向量控制接通/断开各个切换元件而将电力提供至电动马达23。更具体地，马达控制部51通过基于来自逆变器电流的输出电流或逆变电路的电压的计算，估计电动马达23的转子20的转速和转子位置。然后，马达控制部51基于所估计的转子位置和转速来产生诸如PWM(脉宽调制)信号的驱动波形信号，并且通过所产生的驱动波形信号接通/断开逆变电路的各个切换元件。振动控制部52包括执行各种计算过程的CPU、存储计算程序和各种特性图的ROM以及临时存储诸如CPU计算结果等信息的RAM。振动控制部52基于通过马达控制部52对电动马达23的控制状态计算和预测也就是估计由于电动马达23的驱动而在本体KT中产生的振动的波形。下面详细描述振动控制部52的操作。振动控制部52的ROM存储电动马达23的转速——即，每单位时间的转数——和与本体KT中产生的振动的波形有关联的波形预测图。该波形预测图针对每个压电设备45a至45c的位置而准备。每个波形预测图基于根据电动马达23的转速的在本体KT的外表面上的每个压电设备45a至45c的位置处的振动波形的实际测量值而设定。 使用用于前压电设备45a的波形预测图，可基于电动马达23的转速确定在前压电设备45a的位置处的前后方向上的振动波形。使用用于安装部压电设备45b的波形预测图，可基于电动马达23的转速确定在安装部压电设备45b的位置处的左右方向上的振动波形。使用用于上压电设备45c的波形预测图，可基于电动马达23的转速确定在上压电设备45c上的上下方向上的振动波形。振动控制部52基于从马达控制部51输入的转速参考波形预测图，并且预测在每个压电设备45a至45c的位置处的本体KT的振动波形。此外，振动控制部52基于从马达控制部51输入的转子位置预测在每个压电设备45a至45c的位置处的本体KT的振动相位。如上所述，由电动马达23、压缩机构32和排出阀40的操作所产生的振动是结合电动马达23的转速所产生的振动，并且可从电动马达23的转子20的角位置预测振动的相位。基于针对每个压电设备45a至45c的位置预测的振动相位和波形，振动控制部52产生相反相位的波形。然后，基于所产生的相反相位的波形，振动控制部52通过向每个压电设备45a至45c施加电压而将相反相位的振动施加至本体KT。此外，振动控制部52控制每个压电设备45a至45c以便产生振幅与所预测的振动相同的振动。由此，本实施方式中的振动控制部52作为波形产生部。随后，描述具有以上构造的电动压缩机10的操作。前压电设备45a将相位与朝向前后方向的振动分量相反且与所预测的将在前压电设备45a所处的部位中产生的振动在前后方向上具有相同振幅的振动施加至本体KT。由此，通过前压电设备45a抵消了本体KT中所产生的振动中的在前后方向上的振动。
安装部压电设备45b将相位与朝向左右方向的振动分量相反且与所预测的将在安装部压电设备45b的位置中产生的振动在左右方向上具有相同振幅的振动施加至本体KT，S卩，施加至安装部13。由此，通过安装部压电设备45b抵消了本体KT中所产生的振动中的在左右方向上的振动。类似地，上压电设备45c将相位与朝向上下方向的振动分量相反且与所预测的将在上压电设备45c的位置中产生的振动在上下方向上具有相同振幅的振动施加至本体KT。由此，通过上压电设备45c抵消了本体KT中所产生的振动中的在上下方向上的振动。因此，本实施方式可实现以下优点(I)通过各个压电设备45a至45c，将波形与所预测的由于电动马达23的驱动而将在本体KT中产生的振动的波形相位相反的振动施加至本体KT。结果，抵消了由电动马达23的驱动而在本体KT中产生的振动。由此，能够抑制本体KT中产生的噪声。此外，因为每个压电设备45a至45c都设置于本体KT上，因此不需要与电动压缩机10分开地设置抑制噪声的设备。因此，可以以节省空间的方式设置电动压缩机10，并且可抑制电动压缩机10的噪声。(2)安装部压电设备45b设置于其中一个安装部13上。因此，可有利地抑制安装部13中产生的振动。由此，可进一步抑制由于自安装部13到基部12的振动传播而导致的噪声扩散。(3)前压电设备45a设置于本体KT的外表面上且在排出腔37的位置处。因此，与前压电设备45a在排出腔37中的配置相比，排出腔37的容积并没有减小。此外，可更有利地抑制在压缩气体被排入到排出腔37时所产生的振动。由此，可进一步抑制噪声的产生。(4)前压电设备45a设置于本体KT的外表面上并设置成在排出阀40的操作方向上一即，在前后方向上一面对排出阀40。因此，可更有利地抑制由于排出阀40的操作所产生的振动。由此，可进一步抑制噪声的产生。(5)上压电设备45c设置于本体KT的外表面上且在压缩机构32的位置处，并且上压电设备45c设置于电动压缩机23的垂直于转轴15的轴线L的方向上的外侧。从而，可更有利地抑制构成压缩机构32的动涡旋体构件30盘旋——即，绕转轴15的轴线L盘旋——时所产生的振动。由此，可进一步抑制噪声的产生。
(6)此外，上压电设备45c设置于距离安装部13的远端面13a最远的位置处。由此，可更有利地抑制本体KT的振动，该振动随着离固定至基部12的安装部13的远端面13a的距离增大而增大。由此，可进一步抑制噪声的产生。(7)通过各个压电设备45a至45c向本体KT施加与所预测的在各自的位置处的振动相位相反的振动。由此,相比于通过压电设备45a至45c向本体KT施加具有普通波形的振动，可更有效地抵消该振动。(8)由各个压电设备45a至45c施加在前后方向上、左右方向上以及上下方向上的振动。由此，可抵消本体KT中产生的在所有方向上的振动。由此，可进一步抑制噪声的产生。(9)振动控制部52基于电动马达23的转速和转子位置来预测本体KT中产生的振动的波形，并且产生相位相反的波形。由此，即使电动马达23的运行状态连续变化，即电动马达23的转速或转子位置连续变化，仍然能够连续地预测出本体KT中产生的振动的波形，并且可将与所预测的振动相位相反的振动施加至本体KT。由此，可有利地抑制噪声的产生。
应当理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下，以下述形式实施本发明。振动控制部52可构造为能够基于由设置在电动压缩机10的本体KT上的振动传感器检测到的本体KT的振动波形来执行反馈控制。如图3所示，例如，各自由压电设备形成的振动传感器60a至60c分别放置在压电设备45a至45c的位置处，并且连接至振动控制部52。然后，振动控制部52基于由振动传感器60a至60c检测到的本体KT的振动波形，修正相位相反的波形使得由每个振动传感器60a至60c检测到的振动的振幅变小。这种情况下，振动控制部52作为波形修正部。按照这种配置，将由振动控制部52产生的相位相反的波形修正成使得由每个振动传感器60a至60c检测到的振动变小，即振动的振幅变小。由此，除了施加与所预测振动的波形相位相反的波形的振动之外，可通过修正该相位相反的波形进一步抑制本体KT中产生的振动。如果使用能够检测在前后方向、左右方向以及上下方向上的振动的传感器作为振动传感器，那么可使用一个传感器替代振动传感器60a至60c。包括活塞和电动马达的其它致动器可作用振动施加设备。可略去压电设备45a至45c中的一个或两个压电设备。或者，可使用四个或更多个压电设备。即，振动施加设备的数量可适当改变。压电设备45a至45c可设置于本体KT内。例如,压电设备45a至45c可设置于间壁25上或设置于形成排出腔37的第二壳体构件Ilb的内表面上。此外，压电设备可设置于安装部13的远端面13a上并且振动施加设备可设置于该远端面13a和基部12之间。通过以上配置，可向本体KT施加在上下方向上的振动，并且可抑制自本体KT向基部12的振动传播。如上所述，可适当改变振动施加部的位置。在电动压缩机10中，可使用转速传感器检测电动马达23的转速，并且马达控制部51可基于由转速传感器检测到的转速来控制对电动马达23的供电。这种情况下，振动控制部52可基于由转速传感器检测到的转速，计算并预测在本体KT中产生的振动的波形。振动控制部52可基于容纳诸如逆变电路的控制器50的区域的温度或电动马达23中发生的扭矩，预测在本体KT中产生的振动的波形，并且产生相位相反的波形。这种情况下，可使用将该温度与振动波形关联在一起的波形预测图或者将该扭矩与振动波形关联在一起的波形预测图。
振动控制部52可通过计算而不是使用波形预测图来预测产生在本体KT中的振动的波形。马达控制部51和振动控制部52可设置于单独的控制器中。控制器50也可当作其它控制器使用。本发明可在具有不同机构的电动压缩机中实施，比如在使用电动马达23作为驱动源的膜片式压缩机、旋转式压缩机或斜盘式压缩机等中实施。
由此，本说明书的实施例和实施方式应视为示例性的而非限制性的，并且本发明不限于本文中所列出的细节，而是可在所附权利要求书的范围内或等同变换内进行改型。
权利要求
1.一种电动压缩机,包括 电动马达(23)； 压缩机构(32)，所述压缩机构(32)由所述电动马达(23)驱动以压缩气体； 本体(KT)，所述本体(KT)容纳所述电动马达(23)和所述压缩机构(32);以及马达控制部(51)，所述马达控制部(51)通过控制对所述电动马达(23)的电力供给来驱动所述电动马达(23), 所述电动压缩机的特征在于 波形产生部(52)，所述波形产生部(52)产生与所预测的因所述电动马达(23)的驱动而将在所述本体(KT)中产生的振动的波形相位相反的波形；以及 至少一个振动施加设备(45a-45c)，所述至少一个振动施加设备(45a_45c)设置于所述本体(KT)上，并且向所述本体(KT)施加具有由所述波形产生部(52)产生的呈相反相位的所述波形的振动。
2.根据权利要求I所述的电动压缩机，其特征在于 振动检测部^0a-60c)，所述振动检测部(60a-60c)检测由所述电动马达(23)的驱动而在所述本体(KT)中产生的振动；以及 波形修正部(52)，所述波形修正部(52)基于所述振动检测部(60a-60c)的检测结果来修正由所述波形产生部(52)产生的呈相反相位的所述波形，使得通过所述振动检测部(60a-60c)检测到的振动减小。
3.根据权利要求I所述的电动压缩机，其特征在于 所述本体(KT)包括安装部(13)，所述安装部(13)将所述本体(KT)固定至基部(12)，并且 所述至少一个振动施加设备(45a-45c)设置在所述安装部(13)上。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的电动压缩机，其特征在于 所述本体(KT)具有外表面和排出腔(37)，压缩气体从所述本体(KT)中的所述压缩机构(32)排出到所述排出腔(37)中，并且 所述至少一个振动施加设备(45a-45c)设置在所述本体(KT)的所述外表面上并且在形成所述排出腔(37)的部位处。
5.根据权利要求4所述的电动压缩机，其特征在于 排出阀(40)，所述排出阀(40)设置于所述排出腔(37)中，并且防止从所述压缩机构(32)排出的压缩气体回流到所述压缩机构(32)， 其中，所述至少一个振动施加设备(45a-45c)设置为面对所述排出阀(40)。
6.根据权利要求I至3中任一项所述的电动压缩机，其特征在于 所述电动马达(23)包括输出轴(15)， 所述本体(KT)具有外表面，所述压缩机构(32)包括可动构件(30)，所述可动构件(30)固定至所述电动马达(23)的所述输出轴(15)、并且随同所述电动马达(23)的驱动绕所述输出轴(15)的轴线盘旋，所述至少一个振动施加设备(45a-45c)在与所述电动马达(23)的所述输出轴(15)垂直的方向上定向，并且设置在所述本体(KT)的所述外表面上且在设置所述压缩机构(32)的部位处。
7.根据权利要求6所述的电动压缩机，其特征在于 所述电动马达(23)包括固定至所述输出轴(15)的转子(20)，并且所述波形产生部(52)从所述转子(20)的角位置预测所述本体(KT)中产生的振动的相位。
8.根据权利要求I至3中任一项所述的电动压缩机，其特征在于 所述本体(KT)包括安装部(13)，所述安装部(13)将所述本体(KT)固定至基部(12)，所述本体(KT)具有外表面，并且 所述至少一个振动施加设备(45a-45c)设置在所述本体(KT)的所述外表面上并且在与所述安装部(13)中的基部(12)接触部隔开最远的位置处。
9.根据权利要求I至3中任一项所述的电动压缩机，其特征在于 所述波形产生部(52)基于所述电动马达(23)的转速来预测所述本体(KT)中产生的振动的波形。
10.根据权利要求I至3中任一项所述的电动压缩机，其特征在于 所述至少一个振动施加设备(45a-45c)包括根据所施加的电压通过膨胀/收缩向所述本体(KT)施加振动的压电设备(45a-45c)。
全文摘要
本发明提供一种电动压缩机，所述电动压缩机包括电动马达、通过由所述电动马达驱动而压缩气体的压缩机构、以及容纳所述电动马达和所述压缩机构的本体。所述电动压缩机包括马达控制部，其通过控制对所述电动马达的电力供给来驱动所述电动马达；振动控制部，其产生与所预测的因所述电动马达的驱动而将在所述本体中产生的振动的波形相位相反的波形；以及振动施加设备，其设置于所述本体上并且向所述本体施加在由所述振动控制部产生的呈相反相位的振动。
文档编号F04C23/02GK102734162SQ20121008479
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月27日 优先权日2011年3月31日
发明者横井健二, 水藤健 申请人:株式会社丰田自动织机