JP2006316755A - 車両用電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ制御装置におけるコンデンサの信頼性や耐久性を向上させた車両用電動圧縮機を提供すること。
【解決手段】電動機により圧縮機構を駆動して車両用空調装置の冷媒を圧縮する電動圧縮機１において、電動機を制御するインバータ制御装置１０が、圧縮機構を収納するハウジング２の低圧冷媒室に密接する保護ケース１１内に収納設置された制御機器類と、低圧冷媒室に密接する電磁ノイズ遮蔽材で形成されたコンデンサケース１５内に収納設置されたコンデンサ１４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車等の車両用空調装置に使用される車両用電動圧縮機に関するものである。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車のように、電気の動力を利用して走行する車両の開発及び市場への投入が急速に進んでいる。このような車両に装備される車両用空調装置では、従来の内燃機関で走行する車両とは異なり、冷媒を圧縮して送出する圧縮機の駆動にも電気を動力として利用する電動圧縮機が採用されている。
このような電動圧縮機は、圧縮機構及び電動機を同じハウジング内に内蔵した密閉型圧縮機とする構成が一般的に採用されている。さらに、車両用空調装置の電動圧縮機は、電源から入力された電力を電動機に供給して運転制御を行う別体のインバータ制御装置を備えている。

また、インバータ回路一体型電動圧縮機においては、インバータ回路をモータハウジングの上方側面に設けたケーシング内に収納し、インバータ回路の発熱素子であるパワートランジスタやコンデンサをケーシング内の底面に当接配置してモータハウジング内を流れる吸入冷媒により冷却することが提案されている。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００３−２６２１８７号公報（図２など）

ところで、車両用空調装置に使用される車両用電動圧縮機（以下、「電動圧縮機」と呼ぶ）は、車両走行用の駆動力を発生させる電動機や発電機駆動用の内燃機関等とともにエンジンルーム内に設置される。このため、放射熱等の影響を受けやすい設置環境となり、インバータ制御装置を構成する各種の電気・電子部品等を周囲環境から保護して動作を保証するためには、たとえば発熱体であるコンデンサの冷却や電磁ノイズ（ＥＭＩ）対策が必要となる。
また、電動圧縮機などエンジンルーム内に設置する機器類は、設置スペースの制約から小型化することが求められる。さらに、電動圧縮機などエンジンルーム内に設置する機器類は、一般的には車両側の機器配置が優先されることから、多様な設置形態に容易に対応できることが望ましい。

このような背景から、車両用空調装置に使用される電動圧縮機においては、信頼性や耐久性を確保するため、インバータ制御装置を構成するコンデンサの冷却や電磁遮蔽が必要となり、さらに、多様な設置形態にも容易に対応できるよう配慮したコンデンサの設置構成が望まれる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、インバータ制御装置におけるコンデンサの信頼性や耐久性を向上させることができ、さらに、多様な設置形態にも容易に対応できる車両用電動圧縮機の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の車両用電動圧縮機は、電動機により圧縮機構を駆動して車両用空調装置の冷媒を圧縮する車両用電動圧縮機において、
前記電動機を制御する制御装置が、前記圧縮機構を収納するハウジングの低圧冷媒室に密接する第１の筐体内に収納設置された制御機器類と、前記低圧冷媒室に密接する電磁ノイズ遮蔽材で形成された第２の筐体内に収納設置されたコンデンサとを備えていることを特徴とするものである。

このような本発明の車両用電動圧縮機によれば、電動機を制御する制御装置が、前記圧縮機構を収納するハウジングの低圧冷媒室に密接する第１の筐体内に収納設置された制御機器類と、前記低圧冷媒室に密接する電磁ノイズ遮蔽材で形成された第２の筐体内に収納設置されたコンデンサとを備えているので、制御機器類と別体のコンデンサについては、電磁ノイズ遮蔽材の筐体内に収納設置されて電磁ノイズを遮蔽した状態で低圧冷媒室の吸入冷媒により冷却することができる。

上記の車両用電動圧縮機においては、前記コンデンサの接続端子が、端子差込方向の直線部に折曲成形部を備えていることが好ましく、これにより、折曲形成部が容易に弾性変形することで、コンデンサ取付時の寸法誤差を吸収することができる。

本発明の車両用電動圧縮機によれば、電動機を制御するインバータ制御装置等の制御装置は、制御機器類とコンデンサとが別体の構成とされ、制御機器類がハウジングの低圧冷媒室に密接する第１の筐体内に収納設置されて吸入冷媒の冷却を受け、コンデンサがハウジングの低圧冷媒室に密接する電磁ノイズ遮蔽材製の筐体内に収納設置されて冷却及び電磁ノイズ対策がなされている。このため、車両用電動圧縮機を放射熱等の影響を受けやすいエンジンルーム内等に設置しても、各種の電気・電子部品で構成される制御機器類やコンデンサの動作が保証される温度環境を維持し、かつ、電磁ノイズによる障害を防止することができるので、コンデンサ及びこれを構成要素とする制御装置の信頼性や耐久性の向上に顕著な効果を奏する。

また、制御機器類とコンデンサとを異なる筐体内に収納設置する別体構造としたので、圧縮機及び制御装置を共用し、必要に応じてコンデンサ容量が異なるものを組み合わせたり、あるいは、コンデンサが不要の場合に取り外して電動圧縮機自体を小型化するなど、多様な設置形態にも容易に対応することができる。
また、別体のコンデンサは、コンデンサの接続端子が端子差込方向の直線部に折曲成形部を備えているので、この折曲成形部が容易に弾性変形することにより、コンデンサ取付時の寸法誤差を吸収して容易に取付及び組立することができる。

以下に、本発明にかかる車両用電動圧縮機の一実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
本実施形態で説明する車両用電動圧縮機は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車のように、電気の動力を利用して走行する車両に装備される車両用空調装置の冷媒回路に使用される。この車両用電動圧縮機は、低温低圧のガス冷媒（吸入冷媒）を圧縮して冷媒回路に送出する圧縮機構を駆動するため、電気を動力として利用する電動機を採用したものである。
このような車両用電動圧縮機（以下、「電動圧縮機」と呼ぶ）１は、たとえばスクロール圧縮機構等の圧縮機構（不図示）及び電動機（不図示）を同じハウジング２内に内蔵する密閉型圧縮機の構成が一般的に採用されている。また、このような電動圧縮機１は、電源から入力された電力を電動機に供給して運転制御を行うインバータ制御装置１０を備えている。このインバータ制御装置１０は、電動圧縮機１のハウジング２に密接して一体的に設置されている。そして、インバータ制御装置１０は、インバータ制御装置１０に給電を行う給電部２０と、インバータ制御装置１０及び給電部２０の動作を制御する電源制御装置２１と電気的に接続されている。

ハウジング２は、軸線を略水平にして設置される中空円柱形状をなしている。
具体的に説明すると、ハウジング２は、図１及び図３に示すように、一端に開口部を有し内部に電動機が収納される有底円筒形状の第一収納部（ハウジング本体）２ａと、一端に開口部を有し内部に圧縮機構が収納される有底円筒形状の第二収納部（蓋部）２ｂとに二分割されている。第一収納部２ａ及び第二収納部２ｂは、互いの開口部どうしを向かい合った状態にして接合し、両開口部に設けたフランジ部をボルト・ナット等により着脱可能に固定して一体化されている。

本実施形態では、第一収納部２ａの内部に図示しない圧縮機構の低圧冷媒室が形成されており、第一収納部２ａの外周面には、内部の低圧冷媒室に連通する冷媒取入口３が設けられている。この低圧冷媒室は、冷媒取入口３を介して車両用空調装置の冷媒回路に連結され、室内熱交換器または室外熱交換器を通過して気化した低温低圧のガス冷媒が送り込まれるようになっている。
すなわち、第一収納部２ａの外周面及び底面は、特に、冷媒取入口３の近傍部分が吸入冷媒である低温低圧のガス冷媒によって冷やされるため、ハウジング２の他の部分に比べて低温となる。

ハウジング２の上面には、図１に示すように、第一収納部２ａの長手方向に沿って圧縮機基台４が設けられており、この圧縮機基台４上には、電気部品及び電子部品等の電装部品で構成されるインバータ制御装置１０の制御機器類を収納してインバータ室を形成する第１の筐体として、保護ケース１１が設けられている。
ここで、圧縮機基台４及び保護ケース１１は、たとえばアルミニウムやアルミニウム基合金等のように熱伝導率が高く、しかも、軽量の材質によって構成されている。また、インバータ制御装置１０は、保護ケース１１内に収納設置されたＣＰＵ等の基板１２及びパワー素子１３等の電装部品を具備してなる制御機器類と、有底円筒形状とした第一収納部２ａの底面部に密接して設けられたコンデンサ１４とを具備して構成される。この場合、たとえば発熱量の大きいパワー素子１３については、第一収納部２ａの冷媒取入口３に近い位置に配置して吸入冷媒による効率のよい冷却を行うようにすればよい。さらに、冷却することが望ましいコンデンサ１４についても、第一収納部２ａの底面部に密接する配置としたので、吸入冷媒による冷却を行うことができる。
なお、当然ながら、インバータ制御部１０の電装部品と保護ケース１１及び圧縮機基台４とは絶縁されている。

コンデンサ１４は、図１に示すように、第２の筐体として電磁ノイズ遮蔽材により形成されたコンデンサケース１５の内部に、樹脂層１６を介して平滑コンデンサ等のコンデンサ本体１７が収納設置されている。このコンデンサ１４は、接続端子としてコンデンサ本体１７から突出する一対の銅バー１８を備えている。
コンデンサケース１５は、たとえばアルミニウム、アルミニウム基合金、鉄系素材及び鉄粉入り樹脂等のように、電磁ノイズ（ＥＭＩ）を遮蔽する機能を有している電磁ノイズ遮蔽材により形成されている。このコンデンサケース１５は、第一収納部２ａの底面部に密接させる一面が開口する略直方体形状の容器であり、従って、内部に収納設置されたコンデンサ本体１７をハウジング２の低温部に接触させて直接冷却することができる。

また、コンデンサ１４と基板１２との間は、保護ケース１１内に挿入した銅バー１８を基板１２の端子１２ａにビス止め等により固定することで、コンデンサ本体１７をハウジング２の低温部に接触させた状態で電気的に接続される。こうしてコンデンサケース１５を第一収納部２ａの底面部に密接させることにより、内部のコンデンサ本体１７は電磁ノイズが遮蔽されるだけでなく、防水効果を得ることもできる。

また、銅バー１８には、端子差込方向の直線部に折曲成形部１９を設けてある。この折曲成形部１９は、図１（ｂ）に示すように、差込方向へ直線状に延びる端子形状を折曲して２箇所の折曲部１９ａ，１９ｂを設けてある。この結果、直線状の銅バー１８は、基部１９ｃと先端部１９ｄとの間が上下方向に段差を有してほぼ平行となり、先端部１９ｄは端子差込方向に向けた直線部とされる。
このような折曲成形部１９を備えた銅バー１８は、段差が形成されている上下方向の弾性変形が容易になるので、コンデンサ１４を基板１２に接続する際には、部品の寸法公差や組立公差に対応し、銅バー１８を適宜弾性変形させた状態で先端部１９ｄを端子１２ａに固定することができる。

このように、制御機器類を収納する保護ケース１１とコンデンサ１４とを別体にしたことにより、電動圧縮機１がインバータ制御装置１０と一体に接続されたコンデンサ１４を不要とするような場合には、比較的大きな設置スペースが必要となるコンデンサ１４を容易に取り外して小型化することができる。コンデンサ１４を不要とする場合とは、たとえば電動圧縮機１側でコンデンサ容量を保有しなくてよい場合であり、具体的には、電力をインバータ制御装置１０に供給する機器側に必要なコンデンサ容量を有する場合である。 また、取り外しが容易なコンデンサ１４は、システム的に最適なコンデンサ容量を選択して容易に交換可能なことを意味しているので、用途や諸条件に応じて容易にカスタマイズすることが可能になり、多様な設置形態にも容易に対応可能となる。

ところで、上述した銅バー１８の折曲成形部１９については、上述した実施形態の他にも、以下に説明するような変形例が可能となる。
図４に示す第１変形例の折曲成形部２０は、２箇所の折曲部２０ａ，２０ｂを略直角に折曲したものであり、直線状の銅バー１８Ａは、基部２０ｃと先端部２０ｄとの間が上下方向に段差を有してほぼ平行となり、先端部２０ｄは端子差込方向に向けた直線部とされる。また、図５に示す第２変形例の折曲部２１は、２箇所の折曲部２１ａ，２１ｂを略Ｕ字状に折曲したものであり、直線状の銅バー１８Ｂは、基部２１ｃと先端部２１ｄとの間が上下方向に段差を有してほぼ平行となり、先端部２１ｄは端子差込方向に向けた直線部とされる。
このような第１変形例及び第２変形例の折曲成形部２０，２１を備えた銅バー１８Ａ，１８Ｂは、段差が形成されている上下方向の弾性変形が容易になるので、コンデンサ１４を基板１２に接続する際には、部品の寸法公差や組立公差に対応し、銅バー１８Ａ，１８Ｂを適宜弾性変形させた状態で先端部２０ｄ，２１ｄを端子１２ａに固定することができる。

上述したように、本発明の電動圧縮機１においては、インバータ制御装置１０が保護ケース１１内の制御機器類とコンデンサ１４とが別体の構成とされる。そして、制御機器類は、ハウジング２の低圧冷媒室に密接する保護ケース１１内に収納設置されて吸入冷媒の冷却を受け、コンデンサ１４は、ハウジング２の低圧冷媒室に密接する電磁ノイズ遮蔽材製のコンデンサケース１５内に収納設置されて冷却及び電磁ノイズ対策がなされている。このため、電動圧縮機１を放射熱等の影響を受けやすいエンジンルーム内に設置しても、冷却により各種の電気・電子部品で構成される制御機器類やコンデンサ１４の動作が保証される温度環境を維持し、かつ、電磁ノイズによる障害を防止することができるので、コンデンサ１４及びこれを構成要素とするインバータ制御装置１０の信頼性や耐久性を向上させることができる。

また、制御機器類及びコンデンサ１４は、保護ケース１１及びコンデンサケース１５のように異なる筐体内に収納設置される別体構造であるから、圧縮機及びインバータ制御装置１０を共用し、必要に応じてコンデンサ容量が異なるものを組み合わせる構成、あるいは、コンデンサ１４が不要の場合に取り外して電動圧縮機１を小型化する構成など、多様な設置形態にも容易に対応することができる。
また、別体のコンデンサ１４は、コンデンサ１４の接続端子となる銅バー１８が端子差込方向の直線部に折曲成形部１９を備えているので、この折曲成形部１９が容易に弾性変形することにより、コンデンサ取付時の寸法誤差を吸収して容易に取付及び組立することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用電動圧縮機の構成例を示す図で、（ａ）はインバータ制御部の内部構成例を示す部分断面側面図、（ｂ）はコンデンサの接続端子部分を拡大した側面図である。 図１（ａ）に示すインバータ制御部内をハウジングの底面方向から見た縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用電動圧縮機の構成例を示す斜視図である。 コンデンサの接続端子部分の第１変形例を示す要部の側面図である。 コンデンサの接続端子部分の第２変形例を示す要部の側面図である。

符号の説明

１ 車両用電動圧縮機
２ ハウジング
２ａ 第一収納部
２ｂ 第二収納部
３ 冷媒取入口
４ 圧縮機基台
１０ インバータ制御装置
１１ 保護ケース（第１の筐体）
１２ 基板（電装部品）
１３ パワー素子（電装部品）
１４ コンデンサ
１５ コンデンサケース（第２の筐体）
１６ 樹脂層
１７ コンデンサ本体
１８，１８Ａ，１８Ｂ 銅バー（接続端子）
１９，２０，２１ 折曲成形部

Claims (2)

1. 電動機により圧縮機構を駆動して車両用空調装置の冷媒を圧縮する車両用電動圧縮機において、
   前記電動機を制御する制御装置が、前記圧縮機構を収納するハウジングの低圧冷媒室に密接する第１の筐体内に収納設置された制御機器類と、前記低圧冷媒室に密接する電磁ノイズ遮蔽材で形成された第２の筐体内に収納設置されたコンデンサとを備えていることを特徴とする車両用電動圧縮機。
2. 前記コンデンサの接続端子が、端子差込方向の直線部に折曲成形部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動圧縮機。

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