JP2007224809A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン直付け等の高温、強振動下においても、信頼性、性能を損なわず運転できるインバータ内蔵の電動圧縮機を提供するものである。
【解決手段】本体ケーシング３内に、圧縮機構部４と、圧縮機構部４を駆動する電動機５と、電動機駆動回路部１０１とを備え、圧縮機構部４は圧縮部と、仕切り部１１２を通して電動機駆動回路部１０１の発熱体１０５を冷却する吸入通路６１とを備え、吸入通路６１は、吸入管８から流入した流体３０が仕切り部１１２を挟んで相対する発熱体１０５に沿って流れた後、他の制御部品に相対した部分に流れるように構成したものである。これによって、吸入管８から流入した流体３０を、発熱体１０５に沿って流れ、放熱フィンにて、放熱面積を向上することにより、発熱体１０５を中心に冷却することができ、電動機駆動回路部１０１の発熱体１０５の効率的な冷却効果が得られ、電動機駆動回路部１０１の信頼性の向上が図れる。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機構部と電動機と電動機駆動回路部を本体ケーシングに内蔵した電動圧縮機の電動機駆動回路部の冷却に関するものである。

この種の電動圧縮機は、電動機駆動回路部と圧縮機構部および電動機とを互いに仕切って設けることが行なわれている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。図４は、特許文献１に記載の電動圧縮機の縦断面図であり、本体ケーシングを軸線方向に圧縮室と電動機駆動回路部室とに仕切る仕切り部を設けて、その圧縮室に圧縮機構部および電動機を収容し、電動機駆動回路部室に電動機駆動回路部を収容している。電動機駆動回路部は前記仕切り部を介して電動機のある吸入側に面し、吸入冷媒よって電動機駆動回路部および電動機を冷却した後、圧縮部へ流入する、いわゆる低圧型圧縮機における代表的な構造である。

また、図５は特許文献２に記載のものは電動圧縮機の縦断面図であり、電動機を収容した本体ケーシング、圧縮部、および圧縮部を挟んで電動機と反対側に電動機駆動回路部を収容した圧縮機構部を軸線方向にボルト等で締結したものである。
圧縮機構部に設けられた吸入孔より流入された吸入冷媒は、一旦圧縮機構部に設けられた通路に導かれ、電動機駆動回路との熱交換を図った後、圧縮部に吸入される。さらに圧縮部で圧縮された冷媒ガスは電動機を冷却した後、本体ケーシングに設けられた吐出孔より吐出される。いわゆる高圧型圧縮機における代表的な構造である。
特開２０００−２９１５５７号公報 特開２００４−１８３６３１号公報

しかし、特許文献１に記載の構造は、吸入冷媒によって、電動機駆動回路部および電動機の高発熱部品と熱交換した後に圧縮部に吸入されるため、吸入冷媒温度の上昇によって体積効率が低下し、圧縮機の性能に大きな影響を及ぼす。さらに、圧縮部からの吐出冷媒は外部に直接吐出するので、圧縮部に供給して吐出冷媒に随伴している潤滑油を冷凍サイクルの性能向上のために分離しようとすると、前記外部への吐出過程で分離装置が必要となり、本体ケーシングの大型化、重量化の原因になる。

一方、特許文献２に記載の構造は、吸入冷媒は電動機駆動回路部冷却のみに利用され、また、潤滑油の分離装置は電動機が収容されている本体ケーシングの空きスペースを利用して設けることができるため、性能面および本体ケーシングのサイズ面でのメリットが大きい。しかしながら、特許文献２に記載の構造は、圧縮機構部に設けられた吸入通路は隔壁でもって吐出冷媒通路と分割されているため冷却面積が小さくなり、電動機駆動回路部の発熱体を吸入通路の背面に配置する工夫が必要であった。

本発明は、本体ケーシングを大型化することなく電動機駆動回路部の冷却を効率的に図り、更に吸入管から流入した流体の抵抗を減らして性能低下の少ない電動圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動圧縮機は、本体ケーシング内に、圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、電動機駆動回路部とを備え、前記圧縮機
構部は圧縮部と、仕切り部を通して前記電動機駆動回路部の発熱体を冷却する吸入通路とを備え、前記吸入通路は、吸入管から流入した流体が前記仕切り部を挟んで相対する前記発熱体に沿って流れた後、他の制御部品に相対した部分に流れるように構成したものである。

これによって、吸入管から流入した流体は、仕切り部を挟んで発熱体に沿って流れて効率的に冷却し、更に、放熱フィンにて放熱面積を向上することにより、電動機駆動回路内で発熱体を中心に冷却することができ、電動機駆動回路部の発熱体の効率的な冷却効果が得られる。これにより電動機駆動回路部の信頼性の向上が図れる。さらに、放熱フィンの形状、位置等の工夫により、吸入管から流入した流体の抵抗を減らして性能低下が少ない電動圧縮機となる。さらに、圧縮機構部は、電動機駆動回路部と圧縮部とを仕切り部を通して構成することで圧縮機構部と本体ケーシングとの最小限のシール面と締結ボルトで構成できるため、圧縮機の小型化および軽量化が図れる。

本発明の電動圧縮機は、小型軽量化によって、ハイブリッド車等のエンジンに直接装着することが可能となり、さらにエンジンからの加熱、振動等の過酷な環境下においても、性能および信頼性を損なうことなく運転することが可能となる。

第１の発明は、本体ケーシング内に、固定スクロールと旋回スクロールとベアリングとを有する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機とを備え、前記本体ケーシングの開口側に仕切り部と吸入管とを有するサブケーシングを気密的に備えて前記固定スクロールと前記仕切り部とにより吸入通路を構成し、前記仕切り部の前記吸入通路とは反対面に発熱体を有する電動機駆動回路部を備え、前記吸入通路は、前記吸入管から流入した流体が前記仕切り部を挟んで相対する前記発熱体に沿って流れた後、他の制御部品に相対した部分に流れるように構成して前記電動機駆動回路部を冷却するようにしたことにより、電動機駆動回路部の発熱体を優先的かつ効率的に冷却することができる
第２の発明は、特に第１の発明において、吸入通路を中央壁を設けて略Ｕ字形状としたことにより、吸入通路の距離を長くするため、熱交換の面積が増えることとなり、高い冷却効果を得ることができる。

第３の発明は、特に第２において、吸入通路の中央壁の先端曲率を、吸入通路の外周壁面の曲率におおよそ沿った形状としたことにより、吸入通路の抵抗を減らすこととなり、性能低下を少なくすることができる。

第４の発明は、特に第１から第３の発明において、吸入通路の発熱体と相対した仕切り部上にフィンを設けたことにより、放熱面積をさらに増やすこととなり、より高い冷却効果を得ることができる。

第５の発明は、特に第４の発明において、フィンを流体の流れにおおよそ沿った形状としたことにより、吸入通路の抵抗を減らすこととなり、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。

第６の発明は、特に第４又は第５の発明において、フィンにより形成される複数の通路は、吸入通路の外周壁面側の通路幅を大きくしたことにより、吸入通路の抵抗を減らすこととなり、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。

第７の発明は、特に第１〜６の発明において、吸入管から流入した流体を吸入通路出口近傍にバイパスするバイパス通路を設けたことにより、流体の一部が吸入通路全体を通ら
ずにバイパスすることとなり、吸入通路の抵抗を減らし、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。

第８の発明は、特に、第１〜７の発明において、吸入通路に流入する吸入管の出口部分に面取り加工を設けたことにより、吸入通路の抵抗を減らすこととなり、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。

第９の発明は、特に第１〜８の発明において、吸入通路壁面に断熱部材を設けたことにより、エンジン等の放射熱からの影響を防止することができ、信頼性が向上する。

第１０の発明は、特に第１〜９の発明において、吸入通路の仕切り部上に円形凹部を複数設けたことにより、放熱面積を増やすこととなり、冷却効果を向上することができる。

第１１の発明は、特に第１〜１０の発明において、吸入通路の仕切り部上に半円状の突起部を設けたことにより、ガス冷媒の乱流を起こすこととなり、冷却効果を向上することができる。

第１２の発明は、特に第１〜１１の発明において、吸入通路出口孔の断面積を吸入管の断面積の１．１〜３．０倍にしたことにより、吸入通路での熱交換による流体の膨張分を吸入通路出口孔で絞ることがないようにすることとなり、吸入通路の抵抗を減らし、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。

第１３の発明は、特に第１〜１２の発明において仕切り部をアルミ材等の熱伝導性のよい材料を用いて構成したことにより、流体からの熱交換の効率が向上して高い冷却効果を得ることができる。

第１４の発明は、特に第１〜１３の発明において、流体を二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いるもので、近年環境保護の観点から推進されている二酸化炭素を主成分とする冷媒にも対応することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この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における電動圧縮機の断面図である。図１においては、電動圧縮機１の胴部の周りにある取付け脚２によって横向きに設置される横型電動圧縮機の場合の１つの例を示しており、電動圧縮機１はその本体ケーシング３内に電動機５を内蔵し、この本体ケーシング３に嵌入または圧入される圧縮機構部４を駆動する。電動機５はサブケーシング１０２に組み込まれた電動機駆動回路部１０１によって駆動される。また、本体ケーシング３内に圧縮機構部４を含む各摺動部の潤滑に供する液を貯留する貯液部６を備えている。取り扱う冷媒はガス冷媒であり、各摺動部の潤滑や圧縮機構部４の摺動部のシールに供する液としては潤滑油７などの液を採用している。また、潤滑油７は冷媒に対して相溶性のあるものである。

本実施の形態の電動圧縮機１の圧縮機構部４はひとつの例としてスクロール方式のものである。図１において、本体ケーシング３内の軸線方向の一方の端部壁３ａ側からポンプ１３、副軸受４１、電動機５、主軸受４２を持った主軸受部材５１を配置してある。ポンプ１３は端壁部３ａの外面から収容してその後に嵌め付けた蓋体５２との間に保持し、蓋体５２の内側に貯液部６に通じるポンプ室５３を形成して吸上げ通路５４を介して貯液部６に通じるようにしてある。副軸受４１は端部壁３ａにて支持し、駆動軸１４のポンプ１
３に連結している側を軸支するようにしてある。電動機５は固定子５ａを本体ケーシング３に焼き嵌め固定されるか、または環状部材１７によって固定され、駆動軸１４の途中まわりに固定した回転子５ｂとによって駆動軸１４を回転駆動できるようにしている。主軸受部材５１は固定スクロール１１と図示しないボルトなどによって固定し、本体ケーシング３の開口側に嵌合されるサブケーシング１０２でもって挟持する状態で、駆動軸１４の圧縮機構部４側を主軸受４２により軸支している。さらに、主軸受部材５１と固定スクロール１１との間に旋回スクロール１２を挟み込んでスクロール圧縮機を構成している。主軸受部材５１と旋回スクロール１２との間にはオルダムリング５７などの旋回スクロール１２の自転を防止して円運動させるための自転拘束部５７が設けられ、駆動軸１４を偏心軸受４３を介して旋回スクロール１２に接続して、旋回スクロール１２を円軌道上で旋回させられるようにしている。

サブケーシング１０２においては、吸入口８から通じる空間をシール部材１１ｂを用いて固定スクロール１１の固定鏡板１１ａと気密的に組み合せることにより吸入通路６１を形成している。吸入通路６１の吸入通路出口孔（図２の７０）は、固定スクロール１１における吸入孔に相当する。また、固定スクロール１１には吐出孔３１及びリード弁３１ａが設けられ、固定鏡板１１ａと蓋体６２で構成されて吸入通路６１に突出した吐出室６３に開口される。吐出室６３は、固定スクロール１１および主軸受部材５１と本体ケーシング３との間に形成した連絡通路６４を通じて電動機５側に連通している。

電動機駆動回路部１０１は、サブケーシング１０２の仕切り部１１２において、吸入通路６１の反対面に回路基板１０３と、図示しない電解コンデンサと備えて構成される。また、回路基板１０３には発熱度の高いスイッチング素子を含むＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）の発熱体１０５が、仕切り部１１２に熱的に密着するように搭載されている。電動機駆動回路部１０１は、電動機５とハーネスコネクタ１０６によって接続される圧縮機ターミナル１０７を介して電気的な接続が行われ、電動機５を温度などの必要な情報をモニタしながら電動機駆動回路部１０１によって駆動するようにしてある。なお、電動機駆動回路部１０１を覆うようにカバー１１３が設けられている。

以上の構成によって、電動機５は電動機駆動回路部１０１によって駆動され、駆動軸１４を介して圧縮機構部４を円軌道運動させるとともに、ポンプ１３を駆動する。このとき圧縮機構部４はポンプ１３により貯液部６の潤滑油７を駆動軸１４の給油路１５を通じて供給されて潤滑およびシール作用を受けながら、冷凍サイクルからの帰還冷媒をサブケーシング１０２に設けた吸入口８と吸入通路６１と吸入孔（図示せず）を通じて吸入し、圧縮空間１０で圧縮して吐出孔３１から吐出室６３に吐出する。吐出室６３に吐出された冷媒は連絡通路６４を通じて電動機５側に入り、電動機５を冷却しながら本体ケーシング３の吐出口９から吐出される。なお、吐出口９までの過程で、冷媒３０は衝突、遠心、絞りなど各種の気液分離を図って潤滑油７の分離を受けながらも、随伴している一部潤滑油７によって副軸受４１の潤滑も行う。

次に、サブケーシング１０２の吸入通路６１における、電動機駆動回路部１０１の発熱体１０５を効果的に冷却する構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における電動圧縮機の吸入通路の斜視図で、サブケーシングと固定スクロールを分解した状態を示す。付け加えると、固定スクロール１１に構成された吐出室６３が、サブケーシング１０２の凹部６３ａに嵌まり込むようにして組み立てられて吸入通路６１が形成される。

吸入通路６１は、中央壁７１を設けて吸入口８から吸入通路出口孔７０にかけて矢印Ａで示すようにＵ字形状に形成している。図において吸入通路６１の底面となる部分が裏面に電動機駆動回路部１０１を有する仕切り部１１２であり、特に、吸入管８から流入した直後の部分が仕切り部１１２を挟んで発熱体１０５に沿うように構成するとともに、発熱
体１０５に相対する部分にはフィン７２を形成して熱交換効率の向上を図っている。フィン７２は冷媒３０の流れに沿って形成しており、Ｕ字形状の曲線部においては、吸入通路６１の外周壁面７３の曲率におおよそ沿った形状としている。また、フィン７２により形成される複数の通路は、外周壁面７３側の通路幅（ａ＜ｂ＜ｃ）を大きくしている。さらに、フィン７２の前後には裏面での発熱体１０５を固定するためのネジの形成を兼ねて２つの半球状の突起部７４を形成している。さらに、吸入通路６１に流入する吸入管８の出口部分に面取り８ａを設けている。

上記に示す構成において、吸入口８から流入した冷媒３０は、Ｕ字形状の吸入通路６１を流れる。低温の冷媒３０は、最初に仕切り部１１２を挟んで相対する発熱体１０５に沿って流れることにより、発熱体１０５と熱交換を効果的に行って冷却する。その後、他の制御部品に相対した部分にも流れて電動機駆動回路部１０１の全体を冷却し、固定鏡板１１ａの吸入通路出口孔７０から圧縮空間１０に流入する。

このようにして吸入通路６１は、フィン７２に沿って略Ｕ字形状を構成されることにより、吸入管８から流入した流体が固定鏡板１１ａの吸入通路出口孔７０を介して圧縮空間１０に流入するまでの距離を長くし、熱交換の面積を増やすことになり、発熱体１０５の冷却を効果的に行うことができる。また、吸入通路６１は、フィン７２が構成されることにより熱交換面積がより増えることになり、発熱体１０５の冷却をより効率的に行うことができる。

また、フィン７２は、流体の流れにおおよそ沿った形状により、吸入通路６１の抵抗を減らすこととなり、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。また、フィン７２により形成される複数の通路を外周壁面７３側の通路幅が大きくなるように形成することでも吸入通路６１の抵抗を減らすこととなり、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。また、吸入通路６１に流入する吸入管８の出口部分に面取り８ａを設けたことにより、吸入通路６１の抵抗を減らすこととなり、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。さらに、フィン７２の前後に半円状の突起部７４を設けたことにより、ガス冷媒の乱流を起こすこととなり、より高い冷却効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における電動圧縮機のサブケーシングの正面図である。図３において、吸入通路６１にはフィン７２に加えて、仕切り部１１２に円形の凹部７５を多数形成している。また、中央壁７１の先端部の曲率を吸入通路６１の外周壁面７３の曲率におおよそ沿った形状とし、中央壁７１や外周壁面７３を含む吸入通路６１の側壁面全体に断熱部材７６を設けている。さらに、中央壁７１の後端側には、吸入管８から流入した冷媒３０を吸入通路６１の出口となる吸入通路出口孔７０近傍にバイパスするバイパス通路７７を形成している。バイパス通路７７は、図２に示すものと幅は異なるが同様の形態である。

上記構成によって、吸入通路６１の冷媒３０は、フィン７１に加えて凹部７５でも乱流が発生して熱交換が促進される。そして、中央壁７１の先端部ではスムーズな流れを導く。また、バイパス通路７７では、冷媒３０の一部が吸入通路６１を通らずに吸入通路出口孔７０に至ることになる。

このようにして、吸入管８から流入した冷媒３０をバイパス通路７７でバイパスすることにより、吸入通路６１の抵抗を減らし、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。また、中央壁７１の先端部を外周壁面７３に沿った曲面とすることにより、吸入通路６１の抵抗を減らし、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。さらに、吸入通路６１の側壁面に断熱部材１２０を設けたことにより、エンジン等の放射熱からの影響を防止
することができ、信頼性を向上することができる。

なお上記の実施の形態において、吸入通路出口孔７０の断面積を吸入管８の断面積の１．１〜３．０倍とすれば、吸入通路６１での熱交換による流体の膨張分を吸入通路出口孔７０で絞ることがないようにすることとなり、吸入通路６１の抵抗を減らし、電動圧縮機の性能低下を抑制することができる。

また、本発明による電動圧縮機において、サブケーシング１０２をアルミ材等の熱伝導性のよい材料を用いて構成することは、冷媒３０からの熱交換の効率が向上して高い冷却効果を得ることができ、好適である。さらに、近年環境保護の観点から推進されている二酸化炭素を主成分とする冷媒にも対応することが可能であり、本発明の効率や信頼性の向上、および小型軽量化において好適である。

以上のように、本発明にかかる電動圧縮機は、従来のインバータ内蔵式の電動圧縮機と比較して小型軽量化が図られ、さらに圧縮機構部の冷却面の拡大により電子部品の信頼性も向上した。これにより、エンジンへの装着も可能となり、ハイブリッド車等の環境車両に幅広く適用できる。

本発明の実施の形態１における電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１における電動圧縮機のサブケーシングの斜視図 本発明の実施の形態２における電動圧縮機のサブケーシングの斜視図 従来の電動圧縮機の断面図 従来の電動圧縮機の断面図

符号の説明

１ 電動圧縮機
３ 本体ケーシング
４ 圧縮機構部
５ 電動機
８ 吸入管
８ａ 面取り
１１ 固定スクロール
１１ａ 固定鏡板
１２ 旋回スクロール
３０ 冷媒
６１ 吸入通路
６２ 蓋体
６３ 吐出室
６４ 連絡通路
７０ 吸入通路出口孔
７１ 中央壁
７２ フィン
７３外周壁面
７４ 突起部
７５ 凹部
７６ 断熱部材
７７ バイパス通路
１０１ 電動機駆動回路部
１０２ サブケーシング
１０５ 発熱体
１１２ 仕切り部

Claims (14)

1. 本体ケーシング内に、固定スクロールと旋回スクロールとベアリングとを有する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機とを備え、前記本体ケーシングの開口側に仕切り部と吸入管とを有するサブケーシングを気密的に備えて前記固定スクロールと前記仕切り部とにより吸入通路を構成し、前記仕切り部の前記吸入通路とは反対面に発熱体を有する電動機駆動回路部を備え、前記吸入通路は、前記吸入管から流入した流体が前記仕切り部を挟んで相対する前記発熱体に沿って流れた後、他の制御部品に相対した部分に流れるように構成して前記電動機駆動回路部を冷却するようにしたことを特徴とする電動圧縮機。
2. 吸入通路は、中央壁を設けて略Ｕ字形状としたことを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 吸入通路の中央壁の先端部の曲率は、吸入通路の外周壁面の曲率におおよそ沿った形状としたことを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機。
4. 吸入通路は、発熱体と相対した仕切り部上にフィンを設けたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
5. フィンは、流体の流れにおおよそ沿った形状としたことを特徴とする請求項４に記載の電動圧縮機。
6. フィンにより形成される複数の通路は、吸入通路の外周壁面側の通路幅が大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載の電動圧縮機。
7. 吸入管から流入した流体を吸入通路出口近傍にバイパスするバイパス通路を設けたことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
8. 吸入通路に流入する吸入管の出口部分に面取り加工を設けたことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
9. 吸入通路の側壁面に断熱部材を設けたことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
10. 吸入通路の仕切り部上に凹部を複数設けたことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
11. 吸入通路の仕切り部上に半球状の突起部を設けたことを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
12. 吸入通路出口孔の断面積を吸入管の断面積の１．１〜３．０倍にしたことを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
13. 仕切り部は、アルミ材等の熱伝導性のよい材料を用いて構成したことを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。
14. 吸入管から流入した流体は、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いることを特徴とする請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。