JP2006037726A - インバータ装置一体型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率が高いインバータ装置一体型電動圧縮機の提供を目的としたものである。
【解決手段】高圧型の電動圧縮機４０に、吸入通路３８で冷却されるインバータ装置２０を搭載する。インバータ回路３７を冷却する吸入通路３８は、電動圧縮機４０の吸入口３３と断熱性が高いゴム配管２１で接続される。これにより、吸入通路３８が電動圧縮機４０の金属製筐体３２により加熱されるのを防止して、インバータ回路３７が効率的に冷却され、効率が高いインバータ装置一体型電動圧縮機が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動圧縮機を駆動するインバータ装置を搭載し一体としたインバータ装置一体型電動圧縮機に関するものである。

電動圧縮機を搭載した車両用空調装置について図面を参照して説明する。図４において、送風ダクト１０１は、室内送風ファン１０２の作用により空気導入口１０３から空気を吸い込み、室内熱交換器１０４で熱交換した空気を空気吹き出し口１０５から車室内に吹き出す。送風ダクト１０１内にある室内熱交換器１０４は、センサレスＤＣブラシレスモータを駆動源とする電動圧縮機１０６、冷媒の流れを切替えて冷房と暖房を選択するための四方切替弁１０７、絞り装置１０８および室外ファン１０９の作用で車室外空気と熱交換する室外熱交換器１１０とともに冷凍サイクルを構成している。

そして、電動圧縮機１０６の駆動源であるセンサレスＤＣブラシレスモータ（図示せず）を運転するインバータ装置１１１は、室内送風ファン１０２、四方切替弁１０７、および室外送風ファン１０９とともに、エアコンコントローラ１１２により動作が制御されている。

また、エアコンコントローラ１１２には、室内送風ファン１０２のＯＮ／ＯＦＦ及び強弱を設定する室内送風ファンスイッチ１１３、冷房又は暖房又は運転ＯＦＦを選択するエアコンスイッチ１１４、温度調節スイッチ１１５等のスイッチ類および車両コントローラ（図示せず）との通信を行うための通信装置１１６が接続されている。

図５に、上記電動圧縮機１０６の一例として、センサレスＤＣブラシレスモータを備えた電動圧縮機を示す。

同図において、金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８（この例ではスクロール機構）、モータ３１等が設置されている。冷媒は、吸入口３３から吸入され、圧縮機構部２８がモータ３１で駆動されることにより圧縮される。この圧縮された冷媒は、金属製筐体３２内においてモータ３１を通過し、その際にモータ３１の冷却を行い、吐出口３４より吐出される。内部でモータ３１の巻き線に接続されているターミナル３９は、図４のインバータ装置１１１に接続されている。

このように、圧縮された高圧冷媒によりモータ３１が冷却される電動圧縮機は、高圧型と称される。一方、冷媒の流れを逆にして、低圧冷媒によりモータ３１が冷却される電動圧縮機は、低圧型と称される。

次に、インバータ装置１１１の冷却について説明する。インバータ装置１１１には、直流電圧をスイッチングすることにより、交流電流をモータ３１へ出力するインバータ回路が備えられており、主としてこのインバータ回路から発生する熱を放熱する手段が、電子部品の保護のため、また、制御回路、電流センサなどの誤作動防止のために必要になる。そのため、空冷、水冷の放熱手段が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献1においては、インバータの駆動出力部はプリント基板の下に配置され、ヒートシンクに密着して、その消費電力による熱はヒートシンクに放熱される。ヒートシンクは水冷式であり、ホースを通して冷却水がポンプにより注入され冷却される技術が開示されている。

然しながらこのような冷却方法において、水冷においては、水を循環させる装置、放熱させる熱交換器などが必要となり、サイズ、重量ともに大幅にアップしてしまう。また、空冷においては、さらに大きな空冷ヒートシンクが必要となり、空調装置全体として、サイズ、重量ともに大幅にアップしてしまう。

そこで、圧縮機に吸入される低圧冷媒により冷却し、サイズ、重量を低減する方法が考えられている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２においては、インバーターの放熱部が圧縮機に接続した冷媒吸入管に冷却可能に接触するように、圧縮機と冷媒吸入管とインバーターとを適切に配置する技術が開示されている。
特開平８−２１６６７３号公報（第７頁、第１図、第８頁、第４図ａ） 特開２０００−２５５２５２号公報（第６頁、第５図）

インバータ装置を冷却する手段として、上記低圧冷媒により冷却する方法においては、次の問題がある。

高圧型の電動圧縮機の場合、金属製筐体内の多くが高圧となるため、金属製筐体全体が高温となり、吸入口に接続されているンバータ装置冷却用の低圧冷媒管にも熱が伝わり温度が上昇してしまう。また、搭載されているインバータ装置が金属製筐体から加熱されやすくなる。このため、インバータ装置が充分に冷却されにくい。

一方、低圧型の電動圧縮機の場合、金属製筐体内の多くが低圧となるため上記問題は生じないが、低圧冷媒により、インバータ装置の冷却に加えモータも冷却する必要があるため、低圧冷媒が加熱され、圧縮機の効率低下の要因となる。

従来は上記のような課題を有していた。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、電動圧縮機の高い効率とインバータ装置の冷却とを両立させるインバータ装置一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、モータと、インバータ装置とを搭載し、圧縮機に吸入される低圧冷媒により吸入通路を介してインバータ装置を冷却する高圧型のインバータ装置一体型電動圧縮機において、吸入通路は断熱性を有する冷媒通路を介して圧縮機の吸入口に接続されるものである。

上記構成によって、高温となる金属製筐体からインバータを冷却する部分の低圧冷媒配管に熱が伝わることを防止し、インバータ装置が十分冷却されるようにするものである。

本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、電動圧縮機の高い効率とインバータ装置冷却との両立が可能という効果を奏する。

第１の発明は、モータと、インバータ装置とを搭載し、圧縮機に吸入される低圧冷媒により吸入通路を介してインバータ装置を冷却する高圧型のインバータ装置一体型電動圧縮機において、吸入通路は断熱性を有した冷媒通路を介して圧縮機の吸入口に接続されるものである。これにより、高温となる金属製筐体から低圧冷媒通路に熱が伝わるこがを防止でき、インバータ装置を十分冷却できる。その結果、高圧型電動圧縮機の高い効率とインバータ装置冷却との両立が可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、インバータ装置の被冷却部と前記金属製筐体との間に断熱材もしくは断熱空間を設けるもので、電動圧縮機からインバータ装置への熱伝導を防止し、インバータ装置の冷却を確実にできる。

第３の発明は、第１乃至第２の発明において、車両用に適用するものである。車両においては、走行性能確保のため省エネが求められる。よって、本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機は、効率が高く小型軽量であり車両用として好適である。

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置一体型電動圧縮機の電気回路図である。図１において、圧縮機のモータ３１は、直流電源１によりインバータ装置２０を通して駆動される。インバータ装置２０は、インバータ回路３７、電流センサ６、制御回路７等から構成される。

制御回路７は、電流センサ６からの電流を演算してモータ３１の磁石回転子５の位置検出を行い、エアコンコントローラ（図示せず）からの回転数指令信号等に基づいてインバータ回路３７のスイッチング素子２を制御する。そして、直流電源１からの直流電流を正弦波状の交流電流に変換し、インバータ回路３７より、固定子巻線４と磁石回転子５から成る（センサレスＤＣブラシレス）モータ３１へ出力する。ダイオード３は、固定子巻線４からの電流の還流ルートとなる。ここで、インバータ装置２０の主たる発熱源は、直流電流を正弦波状の交流電流に変換し、モータ３１へ出力するスイッチング素子２及びダイオード３から構成されるインバータ回路３７である。

空調装置の構成に関しては、前述した図４において、インバータ装置１１１、電動圧縮機１０６が、本発明のインバータ装置一体型電動圧縮機に置きかわるのみで基本的に同じである。

図２は、本実施の形態に係るインバータ装置一体型電動圧縮機の一部切り欠き断面図であり、インバータ装置２０を電動圧縮機４０の上に設置したインバータ装置一体型電動圧縮機を示す。金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８、モータ３１等が設置されている。冷媒は、吸入部２２から、吸入管３８、断熱性のあるゴム管２１、吸入口３３を介して、モータ３１で駆動される圧縮機構部２８（この例ではスクロール）により吸入され、圧縮される。この圧縮された冷媒は一旦金属製筐体３２に排出され、モータ３１を通過する際にモータ３１を冷却して吐出口３４より吐出される。

インバータ装置２０は電動圧縮機４０に取り付けられるように、ケース３０を使用し、金属製筐体３２の上に設置されている。金属製筐体３２の内部でモータ３１の固定子巻線４に接続されているターミナル３９は、、ケース３０の内部でインバータ回路部３７に接続される。インバータ装置２０は、ハーネス固定部３５で固定されたハーネス３６により、直流電源１、エアコンコントローラなどへ接続される。

そして、吸入通路３８がインバータ装置２０の上に接して固定される。これにより、インバータ装置２０の主たる発熱源となるインバータ回路部３７は、吸入通路３８を介して低圧冷媒により冷却される。

しかし、電動圧縮機４０は高圧型であり、圧縮機構部２８からの高圧冷媒が流れる経路、モータ３１部など多くの部分が高温となる。そのため、伝熱により吸入口３３も、伝熱により温度が上昇する。よって、この吸入口３３に、吸入通路３８を接続してインバータ回路部３７を冷却するようにすると、吸入通路３８も伝熱により温度上昇するため、インバータ回路部３７を充分冷却することが困難になる。

そこで、本発明においては、吸入口３３と吸入通路３８との間の冷媒通路を、断熱性のあるゴムにより構成されたゴム配管２１により構成した。これにより、吸入通路３８が伝熱により温度上昇することはなく、インバータ回路部３７を充分冷却することができる。吸入通路は扁平など形は問わない。ゴム配管に代わり、樹脂等でも良く、金属ならば熱伝導率の低いステンレスなどでも良い。

吸入冷媒は、モータ３１の冷却には用いずモータ３１による加熱はないので、圧縮の効率を高く維持できる。

インバータ装置２０は電動圧縮機４０の上に設置されているが、インバータ回路部３７と金属製筐体３２との間に断熱空間２４を設け、インバータ回路部３７が高温の電動圧縮機４０から加熱されるのを防止している。また、ケース３０下側の材料をステンレスとして、断熱材の効果を持たせても良い。

図３に、本実施の形態に係る、他の例のインバータ装置一体型電動圧縮機を示す。図２の例に比較し、インバータ装置２０と電動圧縮機４０の金属製筐体３２との間に、断熱材２３を追加している。材料としては、ゴム、他の樹脂、ステンレスなどであれば良い。また、断熱材２３に代わり、空気、真空などの断熱空間を内部に設けた構造体を配置しても良い。

尚、上記冷却では、インバータ回路部３７が結露しないように、インバータ回路部３７は吸入配通路３８の下方に配置され、インバータ回路部３７の周囲温度も下げて温度差が小さくなるようにしている。吸入通路３８による冷気が、ケース３０内で下降対流するのでケース３０内を効率的に冷却できる。よって、インバータ回路部３７以外の電流センサ６、制御部７なども冷却され、インバータ装置２０の信頼性を確保できる。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置一体型電動圧縮機は、効率が高く、インバータ装置用の冷却装置を別途準備する必要はないので、船舶、航空機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１に係るインバータ装置一体型電動圧縮機の電気回路図 同インバータ装置一体型電動圧縮機の一部切り欠き断面図 同他のインバータ装置一体型電動圧縮機の一部切り欠き断面図 従来からある電動圧縮機を搭載した車両用空調装置の構成図 従来からある電動圧縮機の一部切り欠き断面図

符号の説明

２０ インバータ装置
２１ ゴム配管
２３ 樹脂断熱材
２４ 断熱空間
２８ 圧縮機構部
３１ モータ
３２ 金属製筐体
３３ 吸入口
３７ インバータ回路
３８ 吸入通路
４０ 電動圧縮機

Claims (3)

1. 圧縮機構部と、前記圧縮機構部の動力源となるモータと、前記圧縮機構部と前記モータとの収容部を構成する金属製筐体と、前記モータへ交流電流を出力するインバータ装置とを備え、前記インバータ装置は前記金属製筐体に搭載されて、前記モータは前記圧縮機構部により圧縮して吐出された高圧冷媒により冷却され、前記インバータ装置は前記圧縮機構部に吸入される低圧冷媒により吸入通路を介して冷却されるインバータ装置一体型電動圧縮機において、前記吸入通路は断熱性を有する冷媒通路を介して前記圧縮機構部の吸入口に接続されるインバータ装置一体型電動圧縮機。
2. 前記インバータ装置の被冷却部と前記金属製筐体との間に断熱材もしくは断熱空間が設けられる請求項１記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。
3. 車両用空調装置に適用される請求項１乃至２に記載のインバータ装置一体型電動圧縮機。

Images