JP2007309109A - 電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの冷却効率を高めた電動コンプレッサの提供を図る。
【解決手段】圧縮機２０を駆動する電動モータ３０のインバータ１００を吸入室１４内に配置した。そのため、低温流体が流通する吸入室１４内にインバータ１００が配置されることで、インバータ１００の冷却効率が向上する。また、吸入室１４内のスペースを有効利用してインバータ１００を配置できるため、電動コンプレッサ１０が大幅に大型化するのを抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動コンプレッサに関する。

ハウジング内に圧縮機とこの圧縮機を駆動する電動モータとを収納した電動コンプレッサでは、電動モータを制御するためにインバータを設けてあり、このインバータのインバータ回路が、電動モータの駆動中に発熱する。

このため、インバータの発熱を除去する必要があるが、インバータ冷却用のファンを設けると、そのファンを駆動するための動力が必要になるとともに、電動コンプレッサが大型化してしまう。

これに対し、インバータ回路を収納したインバータケースを電動コンプレッサのハウジング外側に取り付け、電動コンプレッサに吸入される低温冷媒を前記インバータケースの冷却空間に導入して、その導入した低温冷媒によってインバータを冷却するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１７１９５１号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来の電動コンプレッサでは、インバータケースの冷却空間に低温冷媒を導入した場合にあっても、高温化するインバータ回路は冷却空間を画成する天井壁の外側面に配置してあるため、インバータ回路は天井壁を介して片面のみしか冷却されないため、それの冷却性能は十分に満足できるものではなかった。

そこで、本発明は、インバータケースを電動コンプレッサの低温側となる吸入室内に配置してインバータケースの冷却面積を増加することにより、インバータの冷却効率を高めることができる電動コンプレッサを提供するものである。

請求項１の発明は、吸入室と、圧縮室と、前記吸入室から流体を吸入して圧縮し前記圧縮室に圧縮した流体を吐出する圧縮機と、前記圧縮機を駆動する電動モータと、該電動モータを制御するインバータと、を備えた電動コンプレッサであって、前記インバータが前記吸入室内に配置されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の電動コンプレッサであって、前記圧縮機を内部に収容するとともに、内部に前記吸入室と前記吐出室とを画成するハウジングをさらに備え、前記インバータは、インバータ回路を収納するインバータケースと、を備えて構成され、該インバータケースの外周部が、前記ハウジングの内周部に結合されるとともに、該インバータケースの中央部に貫通口が形成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電動コンプレッサであって、前記インバータは、前記吸入室の入口である吸入ポートと、前記吸入室の出口である前記圧縮機と、の間に配置されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動コンプレッサであって、前記電動モータは、前記吐出室に配置されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２に記載の電動コンプレッサであって、前記電動モータの駆動軸を回転自在に支持する軸支部を、前記インバータケースの貫通口に貫通させた状態で、前記インバータが配置されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、インバータが吸入室内に配置されることにより、吸入室に導入される低温流体によるインバータの冷却効率を向上できるとともに、吸入室内のスペースを有効利用してインバータを配置できるため、電動コンプレッサが大幅に大型化するのを抑えることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、インバータケースはハウジングに結合した外周部を除く両面を吸入室内に晒すことができるとともに、中央部に形成した貫通口も吸入室内に晒すことができるため、インバータケースの冷却面積を大きく稼ぐことができ、ひいては、インバータの冷却効率を向上することができる。

請求項３の発明によれば、請求項１，２の効果に加えて、インバータを、吸入室の吸入ポートと圧縮機との間に配置したので、吸入ポートから導入されて圧縮機への流れていく低温流体を積極的にインバータに接触させることができるため、インバータの冷却効率を更に向上できる。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３の効果に加えて、電動モータを吐出室に配置したので、吐出室から吐出される加圧流体中に存在する潤滑油の分離空間を、電動モータと吐出室内面との間の隙間に設けることができるため、潤滑油分離空間を特別に設ける必要が無くなるため電動コンプレッサの小型化を達成することができる。

請求項５の発明によれば、請求項２の効果に加えて、インバータケースの貫通口に、電動モータの駆動軸の軸支部を貫通したので、インバータをその軸支部の外周部分に形成されるデッドスペースに配置できることにより、電動コンプレッサの小型化が可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３は本発明にかかる電動コンプレッサの第１実施形態を示し、図１は電動コンプレッサの断面図、図２は同電動コンプレッサの圧縮機の一部破断部を含む正面図、図３はインバータケースの分解斜視図である。

本実施形態の電動コンプレッサは、自動車の空調装置の冷凍サイクルに適用される場合を例に取って説明し、この場合、電動コンプレッサで圧縮する流体は冷凍サイクルの冷媒となる。

電動コンプレッサ１０は、図１に示すように導入される冷媒を圧縮する圧縮機２０と、円筒状のステータ３１およびこのステータ３１内に回転自在に収納されるロータ３２を備えた電動モータ３０と、を備えて構成され、電動モータ３０のロータ３２の中心部から突出する駆動軸３３によって、圧縮機２０が駆動される。

電動コンプレッサ１０のハウジング１１は、容器状の第１ハウジング１２と第２ハウジング１３とを備えて、それぞれの開口端周縁に設けられたフランジ１２Ｆ，１３Ｆが互いに結合されることで、密閉した箱状に形成されている。

ハウジング１１内の空間は、圧縮機２０により区画されて、圧縮機２０を挟んで図中右側に吸入室１４が設けられるとともに、図中左側に吐出室１５が設けられ、吸入室１４に電動モータ３０が配置されている。

第１ハウジング１２の端壁１２ａ近傍には、外部（冷媒導入管）から吸入室１４に低圧冷媒を吸入するための吸入ポート１４ａが形成されおり、一方、第２ハウジング１３の端壁１３ａ近傍には、圧縮機２０で圧縮した加圧冷媒を吐出室１５から外部（冷媒導出管）に吐出する吐出ポート１５ａが形成されている。これにより、吸入ポート１４ａから吸入室１４に導入された冷媒が、圧縮機２０のシリンダ室２１に取り込まれて圧縮され、この圧縮された高圧冷媒が吐出室１５を経由して吐出ポート１５ａから排出されるようになっている。

本実施形態では、圧縮機２０はベーンを有するロータリー式として構成され、図２に示すように内周が滑らかな非円形状に形成されたシリンダ室２１を有するシリンダブロック２２と、このシリンダ室２１内に回転自在に収納されたコンプロータ２３と、このコンプロータ２３の外周から所定間隔をもって出没自在に配置されて先端がシリンダ室２１の内周に摺接するベーン２４と、シリンダブロック２２の軸方向流側に接合されて前記シリンダ室２１の軸方向両側を閉塞するとともにコンプロータ２３が摺動接触する吸入側および吐出側のサイドブロック２５，２６と、を備えて概略構成される。

吸入側サイドブロック２５には、吸入室１４とシリンダ室２１とを連通する吸入孔２５ａが設けられ、シリンダブロック２２の外周または吐出側サイドブロック２６には、シリンダ室２１と吐出室１５とを連通する吐出孔２６ａが設けられている。

そして、コンプロータ２３が電動モータ３０の駆動軸３３によって回転されると、ベーン２４の出没に伴いつつシリンダ室２１の周方向の容積が変化して、これにより吸入室１４から吸入孔２５ａを通じてシリンダ室２１に吸入された低圧冷媒が圧縮され、この圧縮された高圧冷媒が吐出孔２６ａを通じて吐出室１５に吐出されるようになっている。吐出室１５に吐出された高圧冷媒は吐出ポート１５ａから外部（導出配管）へ吐出される。

電動モータ３０のステータ３１は、図１に示すように第１ハウジング１２の内周に固定され、そのステータ３１には周方向に等間隔をもって複数のコイル巻回部３１ａが設けられ、それらコイル巻回部３１ａに通電されると励磁してロータ３２を回転させる。

駆動軸３３は、ロータ３２の中心部に挿通して回転方向に係止され、その駆動軸３３の一端部（図中左側）３３ａに圧縮機２０のコンプロータ２３が一体に形出されるとともに、その駆動軸３３の一端部３３ａはサイドブロック２５，２６の軸受部としての軸受孔２７，２７ａに軸支され、駆動軸３３の他端部３３ｂは第１ハウジング１２の端壁１２ａ内側から突設された軸受部としてのボス部１２ｂ内周にベアリング２８を介して軸支される。なお、軸受部２７，２７ａには、ハウジング１１内の潤滑油溜部から潤滑油が供給される。

また、電動モータ３０を駆動制御するインバータ１００は、吸入室１４内に配置されている。このインバータ１００は、モータ３０を駆動するインバータ回路を有する電子部品としての回路基板１１６、１１７と、この回路基板１１６、１１７を収容するインバータケース１１０と、を備えて構成されている。

インバータケース１１０は、その外周部がハウジング１１の内側形状に略沿って形成されてハウジング１１の内周部に結合されるとともに、その中央部に貫通口１１１を備えて形成されている。

即ち、インバータケース１１０は、図１および図３に示すように外周壁１１２ａおよび底面１１２ｂを設けた容器体１１２と、円盤状に形成されて容器体１１２の開放側を閉塞する蓋体１１３と、を備えており、容器体１１２の底面１１２ｂの外面（蓋体１１３と反対側）から第２ハウジング１３の内周に密接嵌合する第１環状部１１４が突設されるとともに、蓋体１１３の外面（容器体と反対側）から第１ハウジング１２の内周に密接嵌合する第２環状部１１５が突設されている。

容器体１１２の底面１１２ｂの中心部および蓋体１１３の中心部にはそれぞれ前記貫通口１１１が形成され、容器体１１２の底面１１２ｂにはその貫通口１１１を囲うように内周壁１１２ｃが形成されている。このとき、その内周壁１１２ｃと外周壁１１２ａは略同一高さに形成される。

そして、容器体１１２の底面１１２ｂの内面および蓋体１１３の内面には、第１・第２回路基板１１６，１１７がボルト１１８，１１８ａを介して取り付けられる。これら第１・第２回路基板１１６，１１７は配線によって互いに接続される。

第１回路基板１１６は、容器体１１２の外周壁１１２ａ内周と内周壁１１２ｃ外周に嵌合されるドーナツ状に形成され、第１回路基板１１６に形成された取付穴１１６ａに挿通したボルト１１８によって、容器体１１２の底面１１２ｂに設けられたボス１１２ｄに締付け固定される。また、第２回路基板１１７も外周壁１１２ａ内周と内周壁１１２ｃ外周に嵌合されるドーナツ形に形成され、第２回路基板１１７に形成された取付穴１１７ａに挿通したボルト１１８ａによって、蓋体１１３の内面に突設されたボス（図示省略）に締付け固定されている。

そして、蓋体１１３の外周縁部に形成された挿通穴１１３ａに挿通したボルト１１９が、外周壁１１２ａの先端面に形成されたねじ穴１１２ｅに螺合されるとともに、蓋体１１３の内周縁部に形成された挿通穴１１３ｂに挿通したボルト１２０が、内周壁１１２ｃの先端面に形成されたねじ穴１１２ｆに螺合されることにより、容器体１１２と蓋体１１３とが回路基板１１６，１１７を内包した状態で相互に結合される。このとき、内周壁１１２ｃの先端面と蓋体１１３の内面との間にガスケット１２１が介在し、インバータケース１１０内の気密性が保持されるようになっており、ガスケット１２１にはボルト１２０の挿通穴１２１ａが形成されている。

ここで、インバータ１００は、吸入室１４の入口である吸入ポート１４ａと、吸入室１４の出口である圧縮機２０の吸入孔２５ａと、の間に配置されている。

つまり、インバータケース１１０は、図１に示すように第１ハウジング１２のフランジ部１２Ｆと第２ハウジング１３のフランジ部１３Ｆとの間に配置され、容器体１１２の第１環状部１１４が第２ハウジング１３の内周に嵌合されるとともに、蓋体１１３の第２環状部１１５が第１ハウジング１２の内周に嵌合されている。このとき、第１環状部１１４と第２ハウジング１３との間および第２環状部１１５と第１ハウジング１２との間にはＯリング１２２，１２２ａが設けられて、ハウジング１１内の気密性が確保される。また、フランジ部１２Ｆ，１３Ｆはインバータケース１１０の外周部を挟持した状態で、図外の締結手段によって相互に締結される。

本実施形態ではインバータケース１１０は吸入室１４内に配置されるも、第１ハウジング１２の内側に配置された電動モータ３０と圧縮機２０との間に位置しており、それら電動モータ３０と圧縮機２０とを連結する駆動軸３３は、インバータケース１１０の中央部の貫通口１１１内に適宜間隔を設けて挿通される。

従って、吸入ポート１４ａから吸入室１４に導入された低温の低圧冷媒は、電動モータ３０の隙間を通過した後、インバータケース１１０の貫通口１１１と駆動軸３３との隙間を流通して圧縮機２０に取り込まれる。

以上の構成により本実施形態の電動コンプレッサ１０によれば、インバータ１００をハウジング１１の吸入室１４内に配置したので、インバータ１００は吸入室１４内に晒される面積が増大されて、吸入室に導入される低温冷媒による冷却効率を向上できるとともに、吸入室１４内のスペースを有効利用してインバータ１００を配置できるため、電動コンプレッサ１０が大幅に大型化するのを抑えることができる。

また、インバータ回路を収納するインバータケース１１０の外周部をハウジング１１の内周部、つまり、第１・第２ハウジング１２，１３のフランジ１２Ｆ，１３Ｆ間に結合するとともに、該インバータケース１１０の中央部に貫通口１１１を形成したので、インバータケース１１０をハウジング１１に結合した外周部を除く両面を吸入室１４内に晒すことができるとともに、中央部に形成した貫通口１１１も吸入室１４内に晒すことができるため、インバータケース１１０の冷却面積を大きく稼ぐことができ、ひいては、インバータ１００の冷却効率を向上することができる。

更に、インバータケース１１０を、吸入室１４の吸入ポート１４ａと圧縮機２０との間に配置したので、吸入ポート１４ａから導入された低温冷媒を積極的にインバータケース１１０に接触させることができるため、インバータ１００の冷却効率が更に向上する。

また、冷却効率が向上したため、強制空冷ファンを別途設ける必要がなく、またその強制冷却ファンの動力源が不要となるため、余分なエネルギー消費を無くすことができる。

更に、インバータ１００はある一定の温度まで上昇すると、セーフティ機構用のサーミスタがインバータ内に存在する場合はフェールセーフが働いて電動コンプレッサ１０が停止してしまうが、インバータケース１１０を吸入室１４内に配置して複数面冷却することで、インバータケース１１０内の空間温度を低くできるため、フェールセーフによる停止頻度を低減できる。

また、本実施形態では、ハウジング１１の内部が、圧縮機２０により吸入室１４と吐出室１５とに画成されているため、ハウジング１１の構造が簡素化し、製造コストが安価になる利点がある。

（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態を示し、第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図４は電動コンプレッサの断面図である。

本実施形態の電動コンプレッサ１０Ａは、図４に示すように第１・第２ハウジング１２，１３のフランジ１２Ｆ，１３Ｆどうしがインバータケース１１１を介さずに直接結合されている点で第１実施形態と異なる。 また、本実施形態では、インバータ１００が電動モータ３０よりも吸入ポート１４ａ側に配置されるとともに第１ハウジング１２の内周に嵌合されている点で、第１実施形態と異なる。

より具体的には、本実施形態ではインバータケース１１０が全体的に第１ハウジング１２の内周に嵌合されるとともに、蓋体１１３のみに第２環状部１１５が設けられるようになっており、容器体１１２の外周壁１１２ａおよび蓋体１１３の第２環状部１１５と第１ハウジング１２との間にそれぞれＯリング１２２が配置されている。また、蓋体１１３の外周部を第１ハウジング１２の内周に形成した段部１２ｃに突き当てた状態で、第１ハウジング１２から外周壁１１２ａに位置決めピン１２３を打ち込んである。

以上の構成により本実施形態の電動コンプレッサ１０Ａによれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。

特に、本実施形態ではインバータ１００は電動モータ３０に対して、吸入ポート１４ａから吸入室１４に導入される低温冷媒の上流側に配置されるため、電動モータ３０で発生する熱がインバータ１００に影響しないため、冷却効率を更に向上することができる。

（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図５は電動コンプレッサの断面図である。

本実施形態の電動コンプレッサ１０Ｂは、インバータケース１１０の貫通口１１１に、電動モータ３０の駆動軸３３を回転自在に支持する軸支部としてのボス部１２ｂを貫通させた状態で、インバータ１００を配置してある点で第２実施形態と異なる。

即ち、インバータケース１１０は、第１実施形態と同様に内周壁１１２ｃ，外周壁１１２ａおよび底面１１２ｂからなる容器体１１２と、この容器体１１２の開放側を閉塞する蓋体１１３と、によって構成され、該インバータケース１１０内に第１・第２回路基板１１６，１１７が第１実施形態と同様に収納・固定されている。尚、本実施形態では容器体１１２と蓋体１１３は、第１，第２実施形態とは左右逆に配置されている。

そして、インバータケース１１０が全体的に第１ハウジング１２の端壁１２ａ寄りの内周に嵌合されるとともに、容器体１１２の底面１１２ｂを端壁１２ａに突き当てた状態で、第１ハウジング１２から外周壁１１２ａに位置決めピン１２３を打ち込んである。

そして、インバータケース１１０の貫通口１１１を、ボス部１２ｂの外周方向に適宜間隔を設けて嵌合してある。尚、本実施形態ではインバータケース１１０を端壁１２ａ寄りに配置した関係上、吸入ポート１４ａはインバータケース１１０と電動モータ３０との間に配置される。

以上の構成により本実施形態の電動コンプレッサ１０Ｂによれば、第１、２実施形態と同様の効果に加え、インバータケース１１０の貫通口１１１に、駆動軸３３の軸支部であるボス部１２ｂを貫通させた状態でインバータ１００を配置したので、インバータ１００をそのボス部１２ｂの外周部分に形成されるデッドスペースに配置できることにより、電動コンプレッサ１０Ｂの更なる小型化が可能となる。

（第４実施形態）
図６は本発明の第４実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図６は電動コンプレッサの断面図である。

本実施形態の電動コンプレッサ１０Ｃは、図６に示すように電動モータ３０が吐出室１５に配置されている点で第２実施形態と異なる。

従って、このように電動モータ３０を吐出室１５に配置したことにより、駆動軸３３の一端部３３ａが第２ハウジング１３の端壁１３ａに設けたボス部１３ｂに支持されるベアリング２８ａに回転支持される。また、圧縮機２０で画成された吐出室１５の底部は潤滑油を溜める潤滑油溜部となっている。

また、本実施形態ではインバータケース１１０は第２実施形態と同様の構成となり、吸入ポート１４ａと圧縮機２０との間に配置されるが、インバータケース１１０の中央部の貫通口１１１には駆動軸３３は挿通されず、単なる空間となっている。

以上の構成により本実施形態の電動コンプレッサ１０Ｃによれば、第１実施形態と同様に効果に加え、電動モータ３０を吐出室１５に配置したので、吐出室１５から吐出される加圧流体中に存在する潤滑油の分離空間を、電動モータ３０と吐出室１５内面との間の隙間に設けることができる。そのため、潤滑油分離空間を特別に設ける必要が無くなるため電動コンプレッサの小型化を達成することができる。

ところで、本発明の電動コンプレッサは前記第１〜第４実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができ、例えば、電動コンプレッサは空調装置の冷凍サイクルに用いる場合に限ることはない。

また、圧縮機はベーンタイプのロータリー式に限ることはなく、偏心ローラタイプのロータリー式でもよく、更には、ロータリー式以外の圧縮機であってもよい。

本発明の第１実施形態における電動コンプレッサの断面図。 本発明の第１実施形態における同電動コンプレッサの圧縮機の一部破断部を含む正面図。 本発明の第１実施形態におけるインバータケースの分解斜視図。 本発明の第２実施形態における電動コンプレッサの断面図。 本発明の第３実施形態における電動コンプレッサの断面図。 本発明の第４実施形態における電動コンプレッサの断面図。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 電動コンプレッサ
１１ ハウジング
１２ｂ ボス部（軸支部）
１４ 吸入室
１４ａ 吸入ポート
１５ 吐出室
２０ 圧縮機
３０ 電動モータ
３３ 駆動軸
１００ インバータ
１１０ インバータケース
１１１ 貫通口

Claims (5)

1. 吸入室（１４）と、
   圧縮室（１５）と、
   前記吸入室（１４）から流体を吸入して圧縮し前記圧縮室（１５）に圧縮した流体を吐出する圧縮機（２０）と、
   前記圧縮機（２０）を駆動する電動モータ（３０）と、
   該電動モータ（３０）を制御するインバータ（１００）と、
   を備えた電動コンプレッサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）であって、
   前記インバータ（１００）は前記吸入室（１４）内に配置されていることを特徴とする電動コンプレッサ。
2. 前記圧縮機（２０）を内部に収容するとともに、内部に前記吸入室（１４）と前記吐出室（１５）とを画成するハウジング（１１）をさらに備え、
   前記インバータ（１００）は、インバータ回路を収納するインバータケース（１１０）と、を備えて構成され、
   該インバータケース（１１０）の外周部が、前記ハウジング（１１）の内周部に結合されるとともに、該インバータケース（１１０）の中央部に貫通口（１１１）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動コンプレッサ。
3. 前記インバータ（１００）は、前記吸入室（１４）の入口である吸入ポート（１４ａ）と、前記吸入室（１４）の出口である前記圧縮機（２０）と、の間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動コンプレッサ。
4. 前記電動モータ（３０）は、前記吐出室（１５）に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動コンプレッサ。
5. 前記電動モータ（３０）の駆動軸（３３）を回転自在に支持する軸支部（１２ｂ）を、前記インバータケース（１１０）の貫通口（１１１）に貫通させた状態で、前記インバータ（１００）が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電動コンプレッサ。
   
   

Images