JP2004197688A

JP2004197688A - 電動圧縮機

Info

Publication number: JP2004197688A
Application number: JP2002369108A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Yoda; 誠一郎依田
Original assignee: Calsonic Compressor Manufacturing Inc
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP4219160B2

Abstract

【課題】半導体モジュールを効果的に冷却できる電動圧縮機を提供する。
【解決手段】ケーシング内に圧縮機とこれを駆動するモータが収納され、モータのステータ１１がフロントケース５内に固定されるとともに、ステータ内で圧縮機の回転軸に連結された回転子１６が回転可能に支持されている。モータを挟んで圧縮機の反対側に冷媒の吸入口が設置されている。フロントケース５の外側壁に取り付け部１００を設けて、ここにパワー半導体モジュール１１１を取り付ける。取り付け部１００とその内側壁には、軸方向に沿ってステータの両端面より外方に伸びる窪み２６ａおよび連通穴２６ｂを設ける。連通穴２６ｂは、ステータ１１の両端面より外方に開口される。これによって、圧縮機に吸入される冷媒が、窪み２６ａおよび連通穴２６ｂを通過するから、パワー半導体モジュール１１１とモータのステータ１１が同時に冷却される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機とこれを駆動するモータとをケーシング内に収容して構成した電動圧縮機に関し、特にモータを駆動するためのパワー半導体モジュールを冷却可能な電動圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許３０８６８１９号公報
【特許文献２】特開２０００−２６３２４３号公報
【特許文献３】特開２０００−２９１５５７号公報
一般に、電動圧縮機のモータは、インバータなどのパワー半導体モジュールにより駆動される。パワー半導体モジュールがモータを駆動する際には、エネルギーロスで相当の熱を発生するから、冷却する必要がある。その冷却方法としては、特許３０８６８１９号公報において、パワー半導体モジュールを圧縮機およびモータを収納するケーシングの低圧側の外側壁に取り付け、低圧側内の冷媒によって冷却する技術が開示されている。
【０００３】
また、特開２０００−２６３２４３号公報においては、図５に示すように、圧縮機構６２とモータ１０’を収容するケーシング６１の低圧側の壁面端部に冷媒通過可能なヒートシンク６８を設け、ヒートシンク６８の取り付け面６０にパワー半導体モジュール１１１’を固定し、外部冷媒回路６５からの冷媒がヒートシンク６８を通過する際にパワー半導体モジュールの冷却を行う技術が開示されている。
このほか、同じく低圧側の壁面端部にパワー半導体モジュールを配置して冷却する技術が特開２０００−２９１５５７号公報で開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許３０８６８１９号公報開示の技術は、パワー半導体モジュールを単に低圧側の外側壁に取り付ける構造としているため、その壁面内部には低温の冷媒があって冷却効果があるものの、冷却効果が不確実である。例えば同特許の実施例で示すように、モータのステータの近傍に設置した場合、そこに冷媒通路がない上、ステータからの熱が伝達しやすく高い冷却効果を期待できない問題があった。
【０００５】
一方、特開２０００−２６３２４３号公報の場合は、パワー半導体モジュール１１１’をモータ１０’から離れた壁面端部のヒートシンク６８に配置し、ヒートシンク内部を通過する冷媒によって冷却するから、上記より高い冷却効果を得ることが可能ではあるが、長手方向端部に配置されるため、上記より、取り付けられるパワー半導体モジュール１１１’の面積が小さくならざるを得なかった。この結果、冷却効果を最大限に出すことができない。
【０００６】
特開２０００−２９１５５７号公報では、特開２０００−２６３２４３号公報と同様に、パワー半導体モジュールを長手方向端部に配置するが、付近に冷媒通路がないので、面積の小さいパワー半導体モジュールしか配置できないほか、冷媒の流れが悪いため、高い冷却効果を期待できない問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、パワー半導体モジュールへの冷却能力を高めながら、面積の大きいパワー半導体モジュールも取り付け可能な電動圧縮機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１記載の発明は、流体を圧縮する圧縮機と、ステータ及び回転子を有し前記圧縮機を駆動するモータと、前記圧縮機および前記モータを収納するケーシングとを備え、前記モータは、前記圧縮機と直列に前記ケーシング内に収納されるとともに、前記モータのステータは前記ケーシング内に固定され、前記モータの回転子は前記圧縮機の回転軸に連結され、前記ステータ内で回転可能に支持され、前記ケーシングには、前記モータのステータを挟んで前記圧縮機と反対側に吸入口が設けられている電動圧縮機において、前記ケーシングのモータが固定されたモータ部の外側壁に取り付け部を設けるとともに、該取り付け部に前記モータを駆動するパワー半導体モジュールを取り付け、前記ケーシングにおける前記取り付け部と内側壁の間には、前記吸入口と前記圧縮機をつなぐ流体の連通路を形成したものとした。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記ケーシングの内側壁に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、前記窪みと前記ステータの外周面とで形成される空間を、前記連通路としたものとした。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記取り付け部を平面形状とし、該取り付け部と前記内側壁の間に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に延びる連通穴を形成し、該連通穴を、前記吸入口側と前記圧縮機側で、前記内側壁にそれぞれ開口させ、当該開口させた連通穴を前記連通路としたものとした。
請求項４記載の発明は、前記吸入口が、前記取り付け部に隣接し前記窪みまたは前記連通穴の近傍に配置されているものとした。
【００１０】
請求項５記載の発明は、前記ケーシングの内側壁において、円周方向に前記取り付け部から離れた位置に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、前記窪みと前記ステータの外周面とで形成される空間が、前記モータを挟んで、前記吸入口と前記圧縮機をつなぐ流体の第２の連通路を形成したものとした。
請求項６記載の発明は、前記ケーシングの外側壁において、円周方向に前記取り付け部から離れた位置にフィンを形成したものとした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明を適用した電動圧縮機の縦断面図である。図２は、そのＡ−Ａ断面図である。
電動圧縮機１はそのケーシング２がフロントケース５、センタケース３およびリヤケース４の３部材から構成されている。
フロントケース５は有底筒状で、その開口側にコイル１２を備えたステータ１１が焼きばめによって固定されている。
なお、フロントケース５の内周壁には段差部６が形成され、ステータ１１の前端はこの段差部６に当接して位置決めされている。
【００１２】
センタケース３には、隔壁８が形成され、この隔壁８には、後述するロータの回転軸２７を通すための貫通穴が設けられている。
センタケース３とフロントケース５とは図示しないボルトで結合されている。
リヤケース４の開口側には圧縮機２０が配置されている。圧縮機２０は、内周面が楕円形状のシリンダ２１内に複数のベーン２３を備えるロータ２５が回転可能に設けられ、シリンダ２１をフロントサイドブロック３０とリヤサイドブロック４０の間に挟んで、ベーンロータリ式コンプレッサを形成している。
ロータ２５はその回転軸２７を後側ではリヤサイドブロック４０の支持穴４１に支持され、前側ではフロントサイドブロック３０の支持穴３１に支持されている。
【００１３】
シリンダ２１とフロントサイドブロック３０は、相互の位置関係が規定され、シリンダ２１の中心に対してロータ２５の回転軸２７を整合させた状態で図示しないボルトによって結合されている。そして圧縮機２０は、シリンダ２１とフロントサイドブロック３０およびリヤサイドブロック４０を貫通するボルト４７によって、センタケース３に固定されている。
フロントサイドブロック３０には吸入口３６が開口し、リヤサイドブロック４０には、オイルセパレータ４９を備えるサイクロンブロック４８が取り付けられている。
【００１４】
ロータ２５の回転軸２７は、支持穴３１および隔壁８の貫通穴３５を貫通してフロントケース５内に伸びる延長部２８を有し、この延長部２８には、軸方向においてステータ１１に整合させた回転子１６が固定されている。これにより、ステータ１１と回転子１６とでモータ１０が形成される。
【００１５】
フロントケース５内では、モータ１０によって２つの空間５１、５２が形成されている。モータ１０より前側の空間５１と、モータ１０とセンタケース３の隔壁８に取り付けられたフロントサイドブロック３０の間の空間５２とは、モータ１０を挟んで冷媒の吸入室５０を形成している。
隔壁８には、吸入室５０とフロントサイドブロック３０の吸入口３６を連通させる貫通穴３８が設けられている。これによって、冷媒吸入ポート１５から、複数のベーン２３を備えた圧縮室につながる冷媒の通路が形成される。
【００１６】
フロントケース５の外側壁において、モータ１０が取り付けられたモータ部の対応位置に、４周を壁で囲んだ平面の取り付け部１００が形成され、この取り付け部１００にはモータ１０を駆動するためのパワー半導体モジュール１１１が取り付けられている。パワー半導体モジュール１１１は、パワー半導体素子１１３を取り付けた基板を取り付け部１００に密着させてある。
【００１７】
フロントケース５の内側壁においては、図２に示すように円周方向で、取り付け部１００に対応する位置に窪み２６ａ、そして、取り付け部１００から離れた位置に左右対称に窪み２９が形成されている。また、取り付け部１００と内側壁の間の肉厚部に窪み２６ａを挟んで左右対称に連通穴２６ｂが形成される。
窪み２６ａ、２９は、軸方向にステータ１１の両端部より外方に伸びており、ステータ１１の外周面とで、空間５１と空間５２をつなぐ冷媒通路を形成している。
【００１８】
２つの連通穴２６ｂは、空間５１、空間５２にそれぞれ開口され、同じく冷媒通路を形成する。
窪み２６ａと窪み２６ｂで形成した冷媒通路は、取り付け部１００と内側壁の間に存在するから、パワー半導体モジュール１１１とモータ１０とを冷却する冷媒通路５４となる。
窪み２９で形成した冷媒通路は、モータのみを冷却する第２の冷媒通路になる。
【００１９】
フロントケース５の取り付け部１００の底壁側からは、コイル１２から延びるケーブル１３が外部に引き出されている。ケーブル１３とケーブル１３を取り出すための穴にはハーメチックターミタル１７が設けられ、ケーシング２を気密させている。引き出されたケーブル１３の端部のコネクタ１４にはパワー半導体モジュール１１１のパワー半導体素子が接続される。
したがって、パワー半導体モジュール１１１によって、内部のモータ１０を駆動することができる。
【００２０】
フロントケース５の底壁には、取り付け部１００に隣接し、窪み２６ａの付近で、冷媒吸入ポート１５が設けられ、外部から冷媒が吸入されるようになっている。
リヤケース４のサイクロンブロック４８が臨む空間は、吐出室５３を形成している。リヤケース４の側壁には冷媒吐出ポート９が設けられて、圧縮機２０からオイルセパレータ４９を経て吐出された冷媒を冷媒吐出ポート９から外部へ供給するようになっている。
【００２１】
吐出室５３には所定量の潤滑油が貯留されている。
この潤滑油は、吐出室５３の吐出圧に押されて、図示しない油路を経て支持穴４１、３１の穴面に至り、さらに支持穴４１と回転軸２７間の隙間を通って、リヤサイドブロック４０のロータ２５に対向する面に形成された凹部（さらい）４４およびリヤサイドブロック４０とサイクロンブロック４８の間に形成された密閉空間Ｒへ流れる。
【００２２】
密閉空間Ｒに流れる潤滑油は貫通穴４３によって凹部４４に導かれ、この潤滑油の圧力で、ロータ２５に備えているベーン２３をシリンダ２１の円周面に押し付けている。これによって、ベーン２３で区画されたシリンダ内の空間はロータ２５の回転に従って冷媒を圧縮する圧縮室となる。
なお、センタケース３とリヤケース４間、およびセンタケース３とフロントケース５間の接続には、それぞれパッキンが用いられ気密を確保するようにしている。
【００２３】
パワー半導体モジュール１００の駆動によって、ステータ１１が励磁され、回転子１６が回転すると、回転子１６と共通の回転軸２７を備える圧縮機２０のロータ２５が回転して、冷媒吸入ポート１５から空間５１に吸入された冷媒は、図２に示す窪み２６ａ、２９および連通穴２６ｂで形成された冷媒通路を通って空間５２に流れる。空間５２に流れた冷媒は、吸入口３６から圧縮機２０のシリンダ２１に吸入され、圧縮されて吐出室５２へ吐出された後、冷媒吐出ポート９から外部へ供給される。
冷媒が、窪み２６ａ、２９および連通穴２６ｂを通過する際に、モータ１０を冷却するとともに、とくに、窪み２６ａ、連通穴２６ｂを通過する冷媒が、取り付け部１００に取り付けられているパワー半導体モジュール１１１をも冷却する。
【００２４】
実施の形態は以上のように構成され、フロントケース５の外側壁にパワー半導体モジュール１１１を取り付けるための取り付け部１００を形成したから、場所を大きくとれ、面積の大きいパワー半導体モージュールを取り付けることが可能になる。
そして、空間５１と空間５２を連通するための冷媒通路の一部を取り付け部１００とその内側壁の間に設けたから、冷媒がモータ１０とパワー半導体モジュール１００を同時に、かつ確実に冷却することができる。
【００２５】
さらに、冷媒吸入ポート１５の設置位置は、取り付け部１００に隣接し、パワー半導体モジュール１１１を冷却する冷媒通路の付近にしたから、取り付け部１００付近の冷媒の流れがよく、高い冷却力を発揮することができる。
したがって、大出力の電動圧縮機にも対応できるようになる。
また、取り付け部１００から離れた部位にも、窪み２９による冷媒通路を形成したから、モータ１０としては、全体が均等に冷却され、安定した駆動ができる。
【００２６】
次に、変形例を説明する。
図３は、変形例の構成を示す断面図である。
上記実施の形態の電動圧縮機１では、パワー半導体モジュール１１１およびモータ１０を冷却するために、図２に示すようにフロントケース５における取り付け部１００と内側壁の間に窪み２６ａを形成したから、ここを通過する冷媒は、モータ１０のステータ１１を触れながら通過し、モータ１０に対して高い冷却効果が得られる。
【００２７】
しかし、その両側にも冷却用に連通穴２６ｂが形成されているから、パワー半導体モジュール１００の発熱によっては、モータ１０を冷却し過ぎ、すなわち冷媒が暖められ過ぎることが考えられる。この場合は、図３に示すように、窪み２６ａを設ける代わりに、例えば、取り付け部１００と内側壁の間の肉厚に応じて、左右対称に連通穴２６ｃ、２６ｄ、２６ｅを設けて、冷却することも可能である。こうすることによって、パワー半導体モジュール１１１を冷却しつつ、モータ１０に対しては、均等に冷却できる効果が得られる。
【００２８】
次に、第２の変形例を説明する。
図４は、第２の変形例の構成を示す断面図である。
この変形例では、図２に示す窪み２９を設ける代わりに、フィン３３を設けて取り付け部１００以外の部位での冷却を行う。なお、ここでは、フィン３３の冷却能力とバランスをとるために、取り付け部１００とその内側壁の間には、肉厚に応じて円形の連通穴２６ｆ、２６ｇ、２６ｈをそれぞれ形成してある。この場合、前記実施の形態および変形例より、パワー半導体モジュール１００およびモータ１０に対する冷却効果が低くなるが、冷媒が暖められ過ぎない効果が得られ、出力の小さいものには好適である。
【００２９】
また、上記実施の形態およびいずれの変形例でも、冷媒通路をフロントケース５に設けてあるから、モータのステータ１１に切り欠きや貫通穴を設ける必要がなく、モータに対して高い冷却効果を得ると同時に、モータの鉄損の増加や磁気飽和をもたらさない効果も同時に得られる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ケーシングのモータ部の外側壁に取り付け部を設け、モータを駆動するパワー半導体モジュールを取り付けるとともに、取り付け部に対応した内側壁に、軸方向にステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成しステータの外周面とで形成される空間が、モータを挟んで吸入口と圧縮機をつなぐ流体の連通路を形成するものとしたから、パワー半導体モジュールとモータを同時に、かつ確実に冷却することができる。
【００３１】
請求項２の発明によれば、取り付け部を平面形状とし、取り付け部と内側壁の間の肉厚部には吸入口と圧縮機をつなぐ流体の連通穴を形成するようにしたから、とくにパワー半導体モジュールの冷却能力を高めることができる。
【００３２】
請求項３の発明によれば、冷媒の吸入口を、取り付け部に隣接し、窪みおよび連通穴の近傍に配置するようにしたから、取り付け部１００付近の冷媒の流れがよく、高い冷却力を発揮することができる。これによって、大出力の電動圧縮機にも対応できるようになる。
【００３３】
請求項４の発明によれば、ケーシングのモータ部の外側壁の取り付け部を設け、モータを駆動するパワー半導体モジュールを取り付けるとともに、取り付け部と内側壁にはその厚さに応じて軸方向にステータの両端面より外方に伸びる連通穴を複数形成することによって吸入口と圧縮機をつなぐ流体の連通路を形成するから、冷媒が暖められすぎない効果が得られる。
【００３４】
請求項５の発明によれば、ケーシングのモータ部の内側壁において、取り付け部から離れた位置に軸方向にステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、窪みとステータの外周面とで形成される空間が、吸入口と圧縮機をつなぐ流体の連通路としたから、モータを均等に冷却することができる。
請求項６の発明によれば、ケーシングのモータ部の外側壁において、取り付け部から離れた位置にフィンを形成したから、フィンでの冷却効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態を示す電動圧縮機の縦断面図である。
【図２】冷媒通路の構成を示す横断面図である。
【図３】変形例を示す図である。
【図４】ほかの変形例を示す図である。
【図５】従来の電動圧縮機の横断面図である。
【符号の説明】
１電動圧縮機
２ケーシング
３センタケース
４リヤケース
５、５’、５” フロントケース
６段差部
８隔壁
９冷媒吐出ポート（吐出口）
１０、１０’ モータ
１１ステータ
１２コイル
１３ケーブル
１４コネクタ
１５冷媒吸入ポート（吸入口）
１６回転子
１７ハーメチックターミタル
２０圧縮機
２１シリンダ
２３ベーン
２５ロータ
２６ａ、２９窪み
２６ｂ連通穴
２７回転軸
２８延長部
３０フロントサイドブロック
３１、４１支持穴
３３フィン
３５貫通穴
３６吸入口
３８貫通穴
４０リヤサイドブロック
４３連通路
４４凹部
４８サイクロンブロック
４９オイルセパレータ
５０吸入室
５１、５２空間
５３吐出室
５４冷媒通路（流通路）
１００取り付け部
１１１、１１１’ パワー半導体モジュール
１１３パワー半導体素子
６０取り付け面
６１ケーシング
６２圧縮機構
６５外部冷媒回路
６８ヒートシンク

Claims

流体を圧縮する圧縮機と、ステータ及び回転子を有し前記圧縮機を駆動するモータと、前記圧縮機および前記モータを収納するケーシングとを備え、
前記モータは、前記圧縮機と直列に前記ケーシング内に収納されるとともに、前記モータのステータは前記ケーシング内に固定され、前記モータの回転子は前記圧縮機の回転軸に連結され、前記ステータ内で回転可能に支持され、前記ケーシングには、前記モータのステータを挟んで前記圧縮機と反対側に吸入口が設けられている電動圧縮機において、
前記ケーシングのモータが固定されたモータ部の外側壁に取り付け部を設けるとともに、該取り付け部に前記モータを駆動するパワー半導体モジュールを取り付け、
前記ケーシングにおける前記取り付け部と内側壁の間には、前記吸入口と前記圧縮機をつなぐ流体の連通路を形成したことを特徴とする電動圧縮機。
前記ケーシングの内側壁に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、前記窪みと前記ステータの外周面とで形成される空間を、前記連通路としたことを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
前記取り付け部を平面形状とし、該取り付け部と前記内側壁の間に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に延びる連通穴を形成し、該連通穴を、前記吸入口側と前記圧縮機側で、前記内側壁にそれぞれ開口させ、当該開口させた連通穴を前記連通路としたことを特徴とする請求項１または２記載の電動圧縮機。
前記吸入口は、前記取り付け部に隣接し前記窪みまたは前記連通穴の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の電動圧縮機。
前記ケーシングの内側壁において、円周方向に前記取り付け部から離れた位置に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、前記窪みと前記ステータの外周面とで形成される空間が、前記モータを挟んで、前記吸入口と前記圧縮機をつなぐ流体の第２の連通路を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の電動圧縮機。
前記ケーシングの外側壁において、円周方向に前記取り付け部から離れた位置にフィンを形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の電動圧縮機。