JP2001263243A

JP2001263243A - 電動圧縮機

Info

Publication number: JP2001263243A
Application number: JP2000075734A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Morita; 勝幸森田; Shiyouichi Ieoka; 昇一家岡; Tatsuo Ogawa; 竜男小川; Hiroto Hayashi; 裕人林
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-26
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: US6524082B2; JP4048311B2; US20010022939A1

Abstract

(57)【要約】【課題】パワー半導体モジュールの冷却効果を向上さ
せることができるとともに、圧縮機の小型化及びコスト
ダウンを可能にする電動圧縮機を提供する。【解決手段】圧縮機構１２と電動モータ１３とを内蔵
するハウジング１１の端面にヒートシンク１８を設け
る。電動モータ１３を駆動するためのパワー半導体モジ
ュールとしてのインバータ１９をヒートシンク１８に伝
熱可能に装着する。ヒートシンク１８の内部を吸入冷媒
が流れるように構成する。インバータ１９の発する熱
は、ヒートシンク１８と、ヒートシンク１８を介してハ
ウジング１１とから放熱される。ヒートシンク１８の内
部を流れる吸入冷媒がヒートシンク１８の熱を奪うこと
でインバータ１９の冷却効果は更に増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動圧縮機に係
り、詳しくは電動モータを駆動するためのパワー半導体
モジュールを備えた電動圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電動圧縮機の電動モータはイン
バータ等のパワー半導体モジュールにより駆動制御され
る。前記パワー半導体モジュールは、前記電動モータが
圧縮機構の駆動時に多大な電力を必要とすることに加
え、頻繁なスイッチング動作を行うため、大量の熱を発
する。このため、前記パワー半導体モジュールの正常な
動作を維持するために、該パワー半導体モジュールを冷
却する必要がある。

【０００３】前記パワー半導体モジュールを冷却する方
法には、外気を利用したものと、前記電動圧縮機に用い
る冷媒を利用したものとがある。前記外気を利用するも
のでは、前記パワー半導体モジュールの外側に放熱フィ
ンを設けて放熱させたり、空冷ファンを設けて該ファン
による冷却風を前記パワー半導体モジュールに当てたり
して冷却していた。一方、前記冷媒を利用するもので
は、前記パワー半導体モジュールを前記電動圧縮機のハ
ウジングの外周面において前記圧縮機構と前記電動モー
タとの間に直接取り付けて前記ハウジングに熱を奪わせ
ていた（特開平４−８０５５４号公報）。さらに、前記
冷媒を利用するものとしては、前記パワー半導体モジュ
ールを、前記電動圧縮機とともに空調回路を構成する外
部冷媒回路内のアキュムレータに取り付け、該アキュム
レータ内の冷媒に熱を奪わせるものがあった（特開平８
−１４７０９号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
外気利用の場合では、前記パワー半導体モジュールの外
側に前記放熱フィンや前記空冷ファンを設けるスペース
が必要となるため、該パワー半導体モジュールの大型化
や該圧縮機の設置スペース効率の悪化を招く原因となっ
ていた。一方の前記冷媒利用の前者の場合では、前記パ
ワー半導体モジュールが前記ハウジングの外周面に直接
取り付けられているに過ぎず、該パワー半導体モジュー
ルを冷却するために前記冷媒の前記ハウジング内への流
入位置などの配慮は何らなされていなかった。また、前
記冷媒利用の後者の場合では、前記パワー半導体モジュ
ールを前記アキュムレータに取り付けるための取付部材
を特段に設ける必要が発生する上に、該パワー半導体モ
ジュールと前記電動圧縮機とを電気的に接続させるため
のハーネスが長くなるとともに該ハーネスの取り回しが
煩わしくなるという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、パワー半導体モジュール
の冷却効果を向上させることができるとともに、圧縮機
の小型化及びコストダウンを可能にする電動圧縮機を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構
と、該圧縮機構を駆動する電動モータとをハウジング内
に備えた電動圧縮機において、前記ハウジングに、前記
電動モータを駆動するためのパワー半導体モジュールを
取り付けるとともに、該パワー半導体モジュールに取り
付けたヒートシンクを前記冷媒で冷却するようにしたこ
とを要旨とする。

【０００７】この発明によれば、パワー半導体モジュー
ルのヒートシンクは冷媒で冷却される。従って、前記パ
ワー半導体モジュールの熱を外気に放熱するためのフィ
ンや、冷却風を発生させるためのファンを設ける必要が
なくなる。つまり、前記パワー半導体モジュールの冷却
効果を劣化させることなく、圧縮機の小型化が可能にな
る。また、前記パワー半導体モジュールをハウジングに
取り付けたため、前記パワー半導体モジュールを外部冷
媒回路に設けた場合に比較して、パワー半導体モジュー
ルと電動モータとを電気的に接続するハーネスを短くす
ることができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の電動圧縮機において、前記ヒートシンクを冷却する前
記冷媒を、前記圧縮機に吸入される吸入冷媒としたこと
を要旨とする。

【０００９】この発明によれば、吸入冷媒が前記ヒート
シンクを冷却する。この吸入冷媒は、圧縮機構による圧
縮作用を受ける前の低温状態にあるものであるため、前
記ヒートシンクに対する冷却効果が大きい。

【００１０】請求項３に記載の発明は、前記パワー半導
体モジュール及び前記ヒートシンクを、前記ハウジング
の長手方向の端部において、該ハウジングの外形内に位
置するように配設したことを要旨とする。

【００１１】この発明によれば、前記パワー半導体モジ
ュール及び前記ヒートシンクを前記ハウジングの外形か
ら前記回転軸の径方向に突出しないように設けることが
でき、該径方向に前記圧縮機が大きくなることが防止さ
れる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
及び図２に従って説明する。図１に示すように、電動圧
縮機Ｃは、密閉構造の軸線方向が長手方向となる略円筒
状のハウジング１１を備えている。ハウジング１１内に
は、冷媒の圧縮作用を行う圧縮機構１２と、圧縮機構１
２を駆動する電動モータ１３とが、この駆動力を伝える
回転軸１４によって連結された状態で前記長手方向に並
ぶようにして設けられている。

【００１３】電動圧縮機Ｃは、外部冷媒回路１５に接続
された吐出経路１６及び吸入経路１７を介して前記冷媒
を循環させている。吐出経路１６は、電動圧縮機Ｃの圧
縮機構１２側と、外部冷媒回路１５とを接続している。
吸入経路１７は、電動圧縮機Ｃの電動モータ１３側と、
外部冷媒回路１５とを接続している。

【００１４】ハウジング１１には、パワー半導体モジュ
ールとしてのインバータ１９を冷却するためのヒートシ
ンク１８が一体形成されている。ヒートシンク１８は略
円筒状を呈し、ハウジング１１の電動モータ１３側の端
面に設けられている。ヒートシンク１８の外周には、イ
ンバータ１９を構成するスイッチング素子１９Ａを取り
付けるための平面状の取付面２０が複数（本実施形態で
は２箇所）形成されている。吸入経路１７は、ヒートシ
ンク１８の内側を介してハウジング１１の内部（電動モ
ータ１３側）に連通している。

【００１５】図１及び図２に示すように、インバータ１
９は、ヒートシンク１８に対して伝熱可能な状態で取付
面２０に固定されている。インバータ１９は、複数のス
イッチング素子１９Ａによって構成され、電動モータ１
３に対して、該電動モータ１３を駆動するための電力を
供給するようになっている。

【００１６】ヒートシンク１８及びインバータ１９は、
ハウジング１１の外形内に位置するように設けられてい
る。ここで言うハウジング１１の外形とは、該ハウジン
グ１１の軸線に対して垂直な方向についての外形を意味
している。即ち、前記外形内に位置すると言うことは、
ハウジング１１の外周面を前記軸線方向に延長した仮想
面に囲まれたエリア内に位置すると言うことを意味して
いる。

【００１７】インバータ１９と電動モータ１３とは、ハ
ーネス２１によって電気的に接続されている。電動モー
タ１３の駆動に必要な電力は、このハーネス２１を介し
て供給される。

【００１８】ヒートシンク１８の一部分及びインバータ
１９は保護カバー２２によって覆われている。保護カバ
ー２２は、略有底円筒形状を呈し、外周部２３と底部２
４とで構成されている。外周部２３は、該外周部２３の
軸線に直交する断面の外形がハウジング１１の軸線に直
交する断面の外形にほぼ等しくなるように形成されてい
る。底部２４には、ヒートシンク１８を挿通するための
貫通孔が設けられている。該貫通孔の形状は、ヒートシ
ンク１８の軸線に直交する断面の外形にほぼ等しくなる
ように形成されている。

【００１９】インバータ１９から電力が供給されると、
電動モータ１３が回転し、これにより圧縮機構１２が駆
動され、前記冷媒が、空調回路（電動圧縮機Ｃ、外部冷
媒回路１５、吐出経路１６及び吸入経路１７によって構
成される）内を循環する。インバータ１９は、前述の電
力の供給動作によって熱を発する。この熱は、ヒートシ
ンク１８に伝えられ、外気に放熱される。また、前記熱
は、熱伝導によってヒートシンク１８からハウジング１
１側に伝えられ、ハウジング１１によっても放熱され
る。更に、インバータ１９からヒートシンク１８に伝熱
された熱は、ヒートシンク１８内を通過する前記吸入冷
媒に奪われるため、更に放熱が促進される。

【００２０】本実施形態では、以下のような効果を得る
ことができる。（１）インバータ１９に装着したヒートシンク１８を
冷媒で冷却させて該ヒートシンク１８の熱を奪うように
したため、インバータ１９の冷却効果が向上する。ま
た、ヒートシンク１８は、インバータ１９の発する熱の
放熱面積を増大させることができるため、インバータ１
９の冷却効果は更に向上する。

【００２１】（２）ヒートシンク１８を筒状に形成
し、その内部を冷媒が流れるようにして、吸入経路１７
からハウジング１１内への冷媒の導入部として兼用させ
たため、インバータ１９に冷媒が当たらないようにする
構成を特段に設ける必要がなくなる。

【００２２】（３）ヒートシンク１８をハウジング１
１に一体形成したため、インバータ１９からヒートシン
ク１８に伝えられた熱を更にハウジング１１に伝導させ
ることができる。つまり、インバータ１９の発した熱が
ハウジング１１からも放熱されるため、インバータ１９
の冷却効果が更に向上する。

【００２３】（４）ヒートシンク１８の内部を通過す
る冷媒を、圧縮機構１２による圧縮作用を受ける前の低
温状態にある吸入冷媒としたため、インバータ１９の冷
却効果が更に向上する。

【００２４】（５）インバータ１９を、電動圧縮機Ｃ
とは別体の外部冷媒回路１５にではなく、ハウジング１
１に設けたため、インバータ１９と電動モータ１３とを
繋ぐハーネス２１を短くすることができる。また、イン
バータ１９を外部冷媒回路１５に取り付けるための部材
を特段に設ける必要がなくなる。従って、ハーネス２１
の取り回しも容易になることも加わって、コストダウン
を図ることができる。

【００２５】（６）インバータ１９をハウジング１１
の電動モータ１３側に設けたため、更にハーネス２１を
短くすることができる。即ち、（５）に記載のコストダ
ウン効果を更に向上させる。

【００２６】（７）インバータ１９及びヒートシンク
１８をハウジング１１の端部においてその外形内に位置
するように配設したため、ハウジング１１の長手方向に
直交する方向に電動圧縮機Ｃの体格が大型化することを
防止できる。電動圧縮機Ｃを設置するスペースにおい
て、ハウジング１１の長手方向に直交する方向に余裕が
ない場合には特に有用である。

【００２７】（８）インバータ１９を、保護カバー２
２で覆うようにしたため、埃や水などからインバータ１
９を守ることができる。また、インバータ１９が他の部
材に触れたりぶつかったりすることを防ぐことができ
る。

【００２８】実施の形態は前記に限定されるものではな
く、例えば、以下の様態としてもよい。 ○ ヒートシンク１８を、該ヒートシンク１８の円筒部
内部に放熱フィンを有する形状とし、冷媒が該放熱フィ
ンに対して平行に流れるようにしてもよい。例えば、図
３に示すように、ヒートシンク１８の円筒部内部にハニ
カム状の放熱フィン２５を設ける。外部冷媒回路１５か
らの吸入冷媒は、ヒートシンク１８内を放熱フィン２５
に対して平行に流れる。図３は、前記実施形態における
ヒートシンク１８を、保護カバー２２を取り外した状態
で冷媒の導入側から見た図である。

【００２９】○ 電動圧縮機Ｃのハウジングを、圧縮機
構１２及び電動モータ１３を内蔵する第１のハウジング
と、ヒートシンク１８及びインバータ１９を有する第２
のハウジングとで構成するようにしてもよい。例えば、
図４に示すように、熱伝導率の高い金属製の第２のハウ
ジング１１Ｂを形成し、この第２のハウジング１１Ｂに
ヒートシンク２６を設ける。ヒートシンク２６の内部を
冷媒が通過できるようにする。ヒートシンク２６の外面
にインバータ１９を伝熱可能に装着する。前記実施形態
のハウジング１１からヒートシンク１８を除いた構造の
第１のハウジング１１Ａと、吸入経路１７との間の部分
に第２のハウジング１１Ｂを配置する。このようにし
て、吸入経路１７からの吸入冷媒が、ヒートシンク２６
の内部を通過して第１のハウジング１１Ａ内に導入され
るようにする。これによれば、前記実施形態における
（１）〜（８）に記載の効果に加え、インバータ１９を
含む第２のハウジング１１Ｂ側のユニットを、第１のハ
ウジング１１Ａ側のユニットとは別の工程で組み立てる
ことが可能になる。例えば、電装部品であるインバータ
１９を含む第２のハウジング１１Ｂ側のユニットを社外
工場で生産するなどの工程調整が可能になる。

【００３０】○ インバータ１９に取り付けたヒートシ
ンク１８を、ハウジング１１の圧縮機構１２側の端面上
に設け、吸入経路１７からの冷媒がヒートシンク１８の
内部を流れるようにしてもよい。これによれば、前記冷
媒は電動モータ１３によって昇温される前に圧縮機構１
２に導入される。従って、ハウジング１１の電動モータ
１３側の端面上に設けたヒートシンク１８の内部を前記
冷媒が流れるようにした場合に比較して、前記冷媒の比
体積の増大が抑えられ、圧縮機構１２による圧縮効率の
低下を抑えることができる。

【００３１】○ ヒートシンク１８を冷却する冷媒を、
圧縮機構１２での圧縮作用を受けた後の吐出冷媒として
もよい。これによれば、ヒートシンク１８の内部を前記
吸入冷媒が流れるようにした構成に比較して、前記吸入
冷媒の比体積の増大による圧縮効率の低下を抑えること
ができる。

【００３２】○ インバータ１９をハウジング１１の端
面と対向する位置に代えて外周面と対向する位置に設け
てもよい。例えば、インバータ１９を、筒状のヒートシ
ンクを介してハウジング１１の外周面に取り付け、該ヒ
ートシンクを介して冷媒をハウジング１１内に導入す
る。また、インバータ１９をハウジング１１の外周面に
固定し、ヒートシンクをハウジング１１内に突出するよ
うに設けてもよい。この場合、該ヒートシンクを、ハウ
ジング１１内において冷媒が流れている部分に配設す
る。

【００３３】○ ヒートシンク１８の軸線に直交する該
ヒートシンク１８の断面の外形は、略円形でなく、例え
ば、三角形、四角形、六角形などの多角形でもよい。 ○ インバータ１９を構成するスイッチング素子１９Ａ
は、２ブロックにする構成に限らず、３ブロックや６ブ
ロックに分割してもよい。

【００３４】○ ヒートシンク１８をブロック状に形成
し、冷媒の流れる方向に沿った多数の孔を設け、各孔を
冷媒が流れるようにしてもよい。 ○ ヒートシンク１８を、インバータ１９の周囲を覆う
ように形成してもよい。

【００３５】○ 保護カバー２２は、合成樹脂製でも金
属製でもよい。合成樹脂製とした場合には、軽量化が容
易になる。一方、金属製とした場合には、保護カバー２
２の強度の向上、コストダウン、及び、電気的シールド
効果が期待できる。

【００３６】次に、前記実施形態から把握できる請求項
に記載した発明以外の技術的思想について、その効果と
ともに以下に記載する。（１）請求項３に記載の発明において、ヒートシンク
をハウジングに一体形成し、パワー半導体モジュールを
覆う保護カバーを設ける。この場合、ヒートシンクから
ハウジング側へ熱を伝達しやすくなり、パワー半導体モ
ジュールの冷却効果が向上するとともに、保護カバーが
パワー半導体モジュールへの異物（例えば、埃や水、あ
るいは、衝撃を与えうる物）の接触を防止する。

【００３７】（２）請求項１〜３のうちいずれか一項
に記載の発明において、ヒートシンクを、多数の放熱フ
ィンを有する形状とし、冷媒が前記放熱フィンに対して
平行に流れるようにする。この場合、ヒートシンクの冷
却効果が向上する。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、電動圧縮機において、パワー半導体
モジュールの冷却効果を向上させることができるととも
に、圧縮機の小型化及びコストダウンを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の電動圧縮機を含む空調回路の概要
を示す模式断面図。

【図２】同じく電動圧縮機の要部を示す一部破断斜視
図。

【図３】別例の電動圧縮機の要部を示す一部破断正面
図。

【図４】別例の電動圧縮機の要部を示す一部破断模式断
面図。

【符号の説明】

１１…ハウジング、１２…圧縮機構、１３…電動モー
タ、１８…ヒートシンク、１９…パワー半導体モジュー
ルとしてのインバータ、２２…保護カバー、２５…放熱
フィン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川竜男愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者林裕人愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内Ｆターム(参考） 3H003 AA01 AB05 AC03 AD03 BE02 BE09 CD01 CD06 CE02 CE03 CF04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構
を駆動する電動モータとをハウジング内に備えた電動圧
縮機において、前記ハウジングに、前記電動モータを駆
動するためのパワー半導体モジュールを取り付けるとと
もに、該パワー半導体モジュールに取り付けたヒートシ
ンクを前記冷媒で冷却するようにしたことを特徴とする
電動圧縮機。
【請求項２】前記ヒートシンクを冷却する前記冷媒
を、前記圧縮機に吸入される吸入冷媒としたことを特徴
とする請求項１に記載の電動圧縮機。
【請求項３】前記パワー半導体モジュール及び前記ヒ
ートシンクを、前記ハウジングの長手方向の端部におい
て、該ハウジングの外形内に位置するように配設したこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の電動圧縮機。