JP2007292044A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】機体容器を大型化することなくインバータの冷却を効率的に図ることができ、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】圧縮機構部５と、圧縮機構部５を駆動する電動機４とを内蔵した本体ケーシング３と、電動機４を駆動するインバータ７を内蔵したインバータケース６とを備え、インバータケース６と固定スクロール１１とで吸入室２８を形成し、その一部に固定スクロール１１の吐出室３０を独立して形成したもので、これによって、吸入冷媒１４を吸入室２８全体に拡散させて流すことができ、インバータケース６の端部壁６ａを広範囲に冷却することによって、インバータの発熱部品３３の配置の自由度が大きくなるとともに広範囲に冷却効果が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機を機体容器に内蔵し、電動機をインバータにより駆動する電動圧縮機に関するものである。

この種の電動圧縮機は、インバータと圧縮機構部および電動機とを互いに仕切って一体に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３は、特許文献１に記載の電動圧縮機の縦断面図であり、機体容器１０１を軸線方向に圧縮室１０２とインバータ室１０３とに仕切る仕切り壁１０４を設けて、その圧縮室１０２に圧縮機構部１０５および電動機１０６を収容し、インバータ室１０３にインバータ１０７を収容している。インバータ１０７は仕切り壁１０４を介して電動機１０６のある吸入側に面し、吸入冷媒よってインバータ１０７および電動機１０６を冷却した後、圧縮機構部１０５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４は特許文献２に記載の電動圧縮機の縦断面図であり、電動機１１１を収容した機体容器１１２と、圧縮機構部１１３および圧縮機構部１１３を挟んで電動機１１１と反対側にインバータ１１４を収容したインバータケース１１５と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１１３に設けられた吸入口１１６より流入された吸入冷媒は、一旦インバータケース１１５に設けられた通路１１７に導かれ、インバータ１１４との熱交換を図った後、圧縮機構部１１３に吸入される。さらに圧縮機構部１１３で圧縮された冷媒ガスは電動機１１１を冷却した後、機体容器１１２に設けられた吐出口１１８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、インバータ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、圧縮機の性能に悪影響を及ぼす。さらに、圧縮機構部からの吐出冷媒は外部に直接吐出するので、圧縮機構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、外部への短い吐出過程で行うしかなく分離しにくい。このため、本格的かつ大型な分離装置が必要となり、機体容器の大型化、重量化の原因になる。

一方、特許文献２に記載の構造は、吸入冷媒はインバータ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機体容器の空きスペースを利用して設けることが出来るため、性能面および機体容器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、インバータケースに設けられた吸入冷媒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、インバータ部の発熱体を吸入冷媒通路の背面に配置する工夫が必要であった。また、高温吐出ガスによる隔壁からの熱伝達によって吸入冷媒が加熱され、冷却能力が低下するとともに、体積効率低下による性能悪化の要因となっていた。

本発明の目的は、主として、機体容器を大型化することなくインバータの冷却を効率的に図れる電動圧縮機を提供することにある。

前記従来の課題を解決するために、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う固定スクロールと旋回スクロールを有する圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機とを内蔵した機体容器と、前記電動機を駆動するインバータを内蔵したインバータケースとを備え、前記インバータケースと前記固定スクロール部とで吸入室を形成してインバータの発熱部品を冷却するように構成し、吸入室内に固定スクロールの吐出室を独立して形成したものである。
これによって、吸入冷媒を吸入室内全体に拡散させて流すことができ、インバータケースの端面壁全域を冷却することによって、インバータの発熱部品の配置の自由度が大きくなるとともに広範囲に冷却効果が得られるため、性能および信頼性の向上が図れる。

本発明の電動圧縮機は、機体容器を大型化することなくインバータ部品の冷却効率向上を図ることができ、ハイブリッド車等のエンジンに直接装着されることによる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、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う固定スクロールと旋回スクロールを有する圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する電動機とを内蔵した機体容器と、前記電動機を駆動するインバータを内蔵したインバータケースとを備えた電動圧縮機において、前記インバータケースと前記固定スクロールの鏡板とで吸入室を形成して前記インバータの発熱部品を冷却するように構成し、前記吸入室内に前記固定スクロールの吐出室を独立して形成したものである。これにより、吸入冷媒を吸入室内全体に拡散させて流すことができ、インバータケースの広範囲を冷却することによって、インバータの発熱部品の配置の自由度が大きくなるとともに広範囲に冷却効果が得られるため、性能および信頼性の向上が図れる。

第２の発明は、特に、第１の発明の固定スクロールの吐出室を、固定スクロールの一部と蓋体とで構成したことにより、インバータケースと固定スクロール部とで構成された吸入室内に容易に吐出室を独立して設けることができる。これにより、前記インバータケースの端面壁全域を広範囲を冷却することが可能となり、インバータの発熱部品の冷却性能が大きく向上する。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の固定スクロールの外周部に溝部を設け、前記機体容器の内周面との間に吐出ガスを排出する連絡通路を形成したことにより、固定スクロールに直接排出孔を設けるよりも流路面積を大きく確保できる。これにより、吐出抵抗が減少して性能が向上する。

第４の発明は、特に、第２又は第３の発明の蓋体を、断熱部材を用いて形成したことにより、高温吐出ガスの熱伝達の影響を抑えることができる。これにより、インバータの発熱部品の冷却効果が増加し、信頼性が向上する。

第５の発明は、特に、第３又は第４の発明の連絡通路を、前記固定スクロールの前記吐出孔より下方に設けたことにより、吐出ガスに含まれる潤滑油が吐出室内に滞留することが防止でき、性能、信頼性が向上する。

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縦断面図、図２は図１で示される吐出室の分解斜視図である。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の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４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５を駆動する。電動機４はインバータケース６内に組み込まれたインバータ７によって駆動される。また、本体ケーシング３内には圧縮機構部５を含む各摺動部の潤滑に供する液を貯留する貯液部８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５の摺動部のシールに供する液としては潤滑油９を採用している。

本実施の形態の電動圧縮機１の圧縮機構部５はスクロール方式のものである。固定鏡板１１ａ、旋回鏡板１２ａから羽根が立ち上がった固定スクロール１１と旋回スクロール１２とを噛合わせて形成した圧縮空間１０が、旋回スクロール１２を電動機４により駆動軸１３を介して固定スクロール１１に対し円軌道運動させたときに、移動を伴い容積を変化させることにより外部サイクルから帰還する冷媒１４の吸入、圧縮および外部サイクルへの吐出を、インバータケース６に設けた吸入口１５および本体ケーシング３に設けた吐出口１６を通じて行う。

本体ケーシング３内の軸線方向の一方の側壁３ａ側からポンプ１７、副軸受１８、電動機４、主軸受１９を持った主軸受部材２０を配置してある。ポンプ１７は側壁３ａの外面から収容してその後に嵌め付けた蓋体２１との間に保持し、蓋体２１の内側に貯液部８に通じるポンプ室２２を形成して吸上げ通路２３を介して貯液部８に通じるようにしてある。副軸受１８は側壁３ａにて支持し、駆動軸１３のポンプ１７に連結している側を軸支するようにしてある。電動機４は固定子４ａ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２４によって固定され、駆動軸１３の途中まわりに固定した回転子４ｂとによって駆動軸１３を回転駆動できるようにしている。駆動軸１３の内部には、給油通路２５が形成される。

主軸受部材２０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インバータケース６でもって挟持する状態で、駆動軸１３の圧縮機構部５側を主軸受１９により軸支している。さらに、主軸受部材２０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２０と旋回スクロール１２との間にはオルダムリング２６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が設けられ、駆動軸１３を偏心軸受２７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。

インバータケース６においては、吸入口１５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室２８を形成している。また、固定スクロール１１には吐出孔２９及びリード弁２９ａが設けられ、吸入室２８に突出した吐出室３０に開口される。吐出室３０は、固定スクロール１１および主軸受部材２０の外周部に設けられた溝部３１ａと本体ケーシング３の内周面とにより構成した連絡通路３１を通じて電動機４側に連通している。なお、吐出室３０から溝部３１ａまでは固定スクロール１１の内部に貫通路３１ｂを形成している。

インバータ７は、インバータケース６の端部壁６ａにおいて、吸入室２８の反対面に回路基板３２と、図示しない電解コンデンサとを備えて構成される。また、回路基板３２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
発熱部品３３が端部壁６ａに熱的に密着するように搭載されている。インバータ７は、電動機４とハーネスコネクタ３４によって接続される圧縮機ターミナル３５を介して電気的な接続が行われ、電動機４を温度などの必要な情報をモニタしながらインバータ７によって駆動するようにしてある。なお、インバータ７を覆うようにカバー３６が設けられている。

吐出室３０について、図２を用いて説明する。図２は吐出室３０を分解したもので、本体ケーシング３とインバータケース６を取り去って斜視した状態である。吐出室３は吸入室２８を形成する空間の一部に、固定鏡板１１ａの一部を利用して形成する。図２において、吐出室３０は、固定鏡板１１ａの吐出孔２９を取り囲むように形成された略四辺形の側壁１１ｃに、側壁１１ｃに合わせて断熱部材で形成された蓋体３７をボルト３８で気密的に固定して構成され、吸入室２８内に独立して配置される。また、吐出室３０内には吐出孔２９を開閉するためのリード弁２９ａおよびリード弁押え２９ｂがボルト３９で固定されている。

以上の構成によって、電動機４はインバータ７によって駆動され、駆動軸１３を介して圧縮機構部５を円軌道運動させるとともにポンプ１７を駆動する。このとき圧縮機構部５はポンプ１７により貯液部８の潤滑油９を駆動軸１３の給油通路２５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、インバータケース６に設けた吸入口１５を通じて冷凍サイクルからの帰還冷媒を吸入する。吸入された冷媒１４は、吸入室２８の空間において端部壁６ａを広範囲に冷却すると共に、その背面に搭載されているＩＰＭ等の発熱部品３３と熱交換を行ったのち、固定鏡板１１ａの通路穴４０を介して圧縮空間１０に流入する。この冷媒を圧縮空間１０で圧縮して、吐出孔２９から吐出室３０に吐出する。

吐出孔２９から吐出室３０に吐出された冷媒は、固定スクロール１１の外周部に設けられた溝部３１ａと本体ケーシング３の内周面との間に形成された連絡通路３１を通じて電動機４側に入り、電動機４を冷却しながら本体ケーシング３の吐出口１６から吐出されるまでの長い過程で、冷媒は衝突、遠心、絞りなど各種の気液分離を図って潤滑油９の分離を受けながらも、随伴している一部潤滑油９によって副軸受１８の潤滑も行う。

このように、インバータケース６と固定スクロール１１とで吸入室２８を構成し、この吸入室２８に固定スクロール１１の吐出室３０を独立して形成することにより、インバータケース６の端部壁６ａを広範囲に冷却することによって、回路基板３２の発熱部品３３の配置に左右されることなく冷却効果が得られる。

また、吐出室３０を固定スクロール１１の一部と蓋体３７とで構成したことにより、インバータケース６と固定スクロール１１とで構成された吸入室２８内に、容易に吐出室３０を独立して設けることができる。

また、固定スクロール１１の外周部に溝部３１ａを設け、本体ケーシング３の内周面との間に吐出ガスを排出する連絡通路３１を形成したことにより、固定スクロール１１に直接排出孔を設けるよりも流路面積を大きく確保でき、吐出抵抗が減少して性能向上を図ることができる。

また、蓋体３７を、断熱部材を用いて形成したことにより、高温の吐出ガスから低温の吸入ガスへの熱伝達の影響を抑えることができる。

また、連絡通路３１は、吐出孔２９より下方に配置することにより、吐出室３０内への潤滑油９の滞留を防止することが可能となる。

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インバータ冷却面が拡大され、電子部品の信頼性が向上した。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縦断面図 図１で示される吐出室の分解斜視図 従来の電動圧縮機の縦断面図 従来の電動圧縮機の縦断面図

符号の説明

１ 電動圧縮機
３ 本体ケーシング
４ 電動機
５ 圧縮機構部
６ インバータケース
６ａ 端壁部
７ インバータ
１１ 固定スクロール
１１ａ 固定鏡板
１２ 旋回スクロール
１４ 冷媒
２８ 吸入室
３０ 吐出室
３１ 連絡通路
３１ａ 溝部
３７ 蓋体

Claims (5)

1. 冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う固定スクロールと旋回スクロールを有する圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する電動機とを内蔵した機体容器と、前記電動機を駆動するインバータを内蔵したインバータケースとを備えた電動圧縮機において、前記インバータケースと前記固定スクロールの鏡板とで吸入室を形成して前記インバータの発熱部品を冷却するように構成し、前記吸入室内に前記固定スクロールの吐出室を独立して形成したことを特徴とする電動圧縮機。
2. 吐出室を、固定スクロールの一部と蓋体とで構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 吐出室に吐出された冷媒ガスは、固定スクロールの外周部に設けられた溝部と機体容器の内周面との間に形成された連絡通路を介して、電動機が内蔵された空間に排出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動圧縮機。
4. 蓋体は、断熱部材を用いて形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の電動圧縮機。
5. 連絡通路は固定スクロールの吐出孔より下方に設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の電動圧縮機。