JP2008184947A - Electric compressor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動コンプレッサに係り、とくに電動モータを駆動するインバータに関する。 The present invention relates to an electric compressor, and more particularly to an inverter that drives an electric motor.
圧縮機構部を有する電動コンプレッサは、圧縮機構部を駆動する電動モータを備え、さらにこの電動モータを制御および駆動するインバータを備える構成としたものが知られている。このような電動コンプレッサは、インバータ収容室にインバータを収容して固定する。このような電動コンプレッサには、インバータの各部材を取り外し不可能に固定する構成のものがあり、たとえば特許文献1に開示される。 2. Description of the Related Art An electric compressor having a compression mechanism is known that includes an electric motor that drives the compression mechanism, and further includes an inverter that controls and drives the electric motor. Such an electric compressor accommodates and fixes an inverter in an inverter accommodation chamber. Such an electric compressor has a configuration in which each member of the inverter is fixed in a non-removable manner, and is disclosed in Patent Document 1, for example.
しかしながら、特許文献1に示されるような従来の電動コンプレッサのインバータにおいては、インバータに含まれる電子部品、とくにスイッチング素子の冷却効率が比較的低いという問題がある。
このため、たとえば、耐熱温度の低いスイッチング素子を使用する場合には温度保護が必要となり、構成が複雑になる。また、耐熱温度の高いスイッチング素子を使用する場合には高コストおよび構成の大型化につながる。
However, the inverter of the conventional electric compressor as shown in Patent Document 1 has a problem that the cooling efficiency of the electronic components included in the inverter, particularly the switching element, is relatively low.
For this reason, for example, when using a switching element with a low heat-resistant temperature, temperature protection is required, and the configuration becomes complicated. In addition, when a switching element having a high heat-resistant temperature is used, the cost and the size of the configuration are increased.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、インバータアセンブリの電子部品の冷却効率を向上させることができる電動コンプレッサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide an electric compressor capable of improving the cooling efficiency of electronic components of an inverter assembly.
上述の問題点を解決するため、この発明に係る電動コンプレッサは、吸入圧領域から流体を吸入する、圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動モータと、吸入圧領域に設けられ、電動モータを収容するモータ室と、直流電力を多相交流電力に変換して電動モータに供給するとともに、電動モータの回転数を制御するインバータアセンブリと、インバータアセンブリを収容するインバータ収容室とを備え、インバータアセンブリは、電気回路を有する基板と、基板に接続された電子部品と、基板を支持するベースとを備えるとともに、インバータ収容室内に脱着可能に固定され、モータ室およびインバータ収容室は、ハウジングを挟んで隣接する電動コンプレッサにおいて、ハウジングには、モータ室からインバータ収容室へと向かう貫通孔が形成され、貫通孔の一端はベースに接し、貫通孔の周囲において、モータ収容室とインバータ収容室とはシールされることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an electric compressor according to the present invention is provided with a compression mechanism portion that sucks fluid from a suction pressure region, an electric motor that drives the compression mechanism portion, and a suction pressure region. An inverter assembly for controlling the number of revolutions of the electric motor, and an inverter housing chamber for accommodating the inverter assembly. The assembly includes a board having an electric circuit, an electronic component connected to the board, and a base that supports the board, and is detachably fixed in the inverter accommodating chamber. The motor chamber and the inverter accommodating chamber sandwich the housing. In the adjacent electric compressor in the housing, the housing has a through hole extending from the motor chamber to the inverter accommodating chamber. Is formed, one end of the through hole base in contact, around the through hole, and the motor housing chamber and the inverter accommodation chamber, characterized in that it is sealed.
この電動コンプレッサによれば、吸入圧領域すなわち低温側であるモータ室内の冷媒が、貫通孔へと流入し、ハウジングを貫通してベースに接触する。これによって、貫通孔の周辺においてベースが直接的に冷却される。ベースは伝熱板として機能し、さらに電子部品を冷却する。 According to this electric compressor, the refrigerant in the motor chamber that is in the suction pressure region, that is, the low temperature side, flows into the through-hole, passes through the housing, and contacts the base. As a result, the base is directly cooled around the through hole. The base functions as a heat transfer plate and further cools the electronic components.
モータ収容室とインバータ収容室とのシールは、Oリングを用いてなされてもよい。
このような構成とすることにより、モータ収容室とインバータ収容室とを確実にシールすることができる。
電子部品はスイッチング素子を含み、貫通孔はスイッチング素子の近傍に設けられてもよい。
このような構成とすることにより、スイッチング素子をより効率的に冷却することができる。電子部品を構成する要素のうち、スイッチング素子は他の部品に比べて高温になりやすい部分であるため、このようにスイッチング素子をピンポイントで冷却できれば、電子部品全体をより効率的に冷却することができる。
インバータアセンブリは、基板を支持するベースをさらに備え、ベースは貫通孔の一端に接してもよい。
このような構成とすることにより、伝熱板であるベースを、モータ収容室とインバータ収容室とをシールするための構成としても利用することができ、構成が簡素となる。
The motor housing chamber and the inverter housing chamber may be sealed using an O-ring.
By setting it as such a structure, a motor storage chamber and an inverter storage chamber can be sealed reliably.
The electronic component may include a switching element, and the through hole may be provided in the vicinity of the switching element.
By setting it as such a structure, a switching element can be cooled more efficiently. Of the elements that make up electronic components, switching elements are more likely to be hotter than other components, so if the switching elements can be cooled pinpoint in this way, the entire electronic component can be cooled more efficiently. Can do.
The inverter assembly may further include a base that supports the substrate, and the base may contact one end of the through hole.
By setting it as such a structure, the base which is a heat exchanger plate can be utilized also as a structure for sealing a motor storage chamber and an inverter storage chamber, and a structure becomes simple.
この発明によれば、吸入圧領域の冷媒が、冷却孔を通ってインバータアセンブリの伝熱板に接触し、伝熱板を直接的に冷却するので、インバータアセンブリの電子部品の冷却効率を向上させることができる。
これによって、たとえば、耐熱温度の高いスイッチング素子は不要となり、高コストおよび構成の大型化を回避できる。また、たとえば、耐熱温度の低いスイッチング素子であっても温度保護が不要となり、構成が簡素になる。
According to the present invention, since the refrigerant in the suction pressure region contacts the heat transfer plate of the inverter assembly through the cooling hole and directly cools the heat transfer plate, the cooling efficiency of the electronic components of the inverter assembly is improved. be able to.
Thereby, for example, a switching element having a high heat-resistant temperature is not necessary, and high cost and an increase in size of the configuration can be avoided. Further, for example, even a switching element having a low heat resistance temperature does not require temperature protection, and the configuration is simplified.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る電動コンプレッサ10を示す。
電動コンプレッサ10は、第1ハウジング24および第2ハウジング25を備える。第1ハウジング24および第2ハウジング25は、ボルト16によって互いに固定される。第1ハウジング24は、筒状部24fおよび底部24gを含む有底筒形状であり、底部24gには円筒状の軸支持部24hが設けられる。
なお、図1において、図面右側すなわち第2ハウジング25側を前とし、図面左側すなわち第1ハウジング24の底部24g側を後ろと規定する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows an
The
In FIG. 1, the right side of the drawing, ie, the
電動コンプレッサ10は、固定スクロール11と、旋回スクロール12と、固定スクロール11および旋回スクロール12により形成された圧縮室13とを備える。固定スクロール11は、円盤状の固定基盤11aと、固定基盤11aから立設される渦巻状の固定ラップ11bと、固定ラップ最外壁11cとを備える。固定基盤11aの中央には吐出口47が設けられている。
電動コンプレッサ10において、圧縮機構部は、固定スクロール11と、旋回スクロール12と、圧縮室13とからなり、吸入圧領域から流体を吸入するとともに、これを圧縮して吐出圧領域に吐出する。ここで、吸入圧領域とは、電動コンプレッサ10の外部から吸入された流体が圧縮室13に流れ込むまでに通過する領域のことであり、吐出圧領域とは、圧縮室13において圧縮された流体が電動コンプレッサ10の外部に流出するまでに通過する領域のことである。
The
In the
旋回スクロール12は、円盤状の旋回基盤12aと、この旋回基盤12aから立設される渦巻状の旋回ラップ12bとからなり、旋回基盤12aの背面側中央には、ボールベアリング17を保持する有底円筒状の保持部12cが設けられる。
The orbiting
さらに電動コンプレッサ10は、旋回スクロール12に旋回運動(公転運動)を行わせる駆動クランク機構19と、旋回スクロール12の自転を防止するピン20とを備える。ピン20は、軸支持部材15に取り付けられるとともに、旋回スクロール12の環状凹部12dに遊嵌するように設けられる。
駆動クランク機構19は、保持部12cと、駆動軸22のクランクピン22aと、このクランクピン22aをブッシュ18を介して支承するボールベアリング17とにより構成される。
The
The
駆動軸22は、電動モータ26の中央を貫通する。電動モータ26は、圧縮機構部を駆動するものであり、駆動軸22と、この駆動軸22に嵌入されたロータ28と、さらにその外周側に設けられ、コイル29が巻回されたステータ30とを備える三相同期モータである。
The
第1ハウジング24の後方寄りの外表面には、第1ハウジング24の一部が窪んでインバータ収容室101が設けられる。電動コンプレッサ10は、インバータ収容室101の内部に収容されるインバータアセンブリ100を含む。なお、インバータアセンブリ100の詳細な構成は図2を参照して後述するものであり、図1では簡明のため伝熱板110のみ示してある。
このインバータアセンブリ100は、第1ハウジング24に設けられた気密端子122(図2を参照して後述)を介して、電動モータ26と電気的に接続されている。
インバータアセンブリ100は、外部から供給される直流電力を多相交流電力に変換して電動モータ26に供給するとともに、電動モータ26の回転数を制御する。
A part of the
The
The
また、第1ハウジング24には、インバータアセンブリ100を覆うようにカバー150が取り付けられ、このカバー150がインバータ収容室101を外部から隔絶する。ここで、カバー150は電動コンプレッサ10の外壁を構成するものである。すなわち、カバー150、第1ハウジング24、および第2ハウジング25が、電動コンプレッサ10の内部を外部から隔絶する。また、インバータ収容室101は、カバー150および第1ハウジング24を外壁として形成される。
なお、電動コンプレッサ10が使用される際は、図1において駆動軸22からインバータアセンブリ100を見た方向が上となるように配置される。すなわち、インバータアセンブリ100は第1ハウジング24の上方に配置される。
Further, a
In addition, when the
駆動軸22の、駆動クランク機構19側の端は、ボールベアリング22eを介して軸支持部材15によって支持され、その後端は、ボールベアリング22fを介して第1ハウジング24の軸支持部24hにより支持される。また、ボールベアリング22eの後側にはシール22gが設けられ、駆動軸22および軸支持部材15の間をシールする。
The end of the
上述した第1ハウジング24と、第2ハウジング25とにより覆われた空間を、冷媒である流体が流通する。この空間において、第1ハウジング24と軸支持部材15とによって画定される部分がモータ室27であり、また、第1ハウジング24、第2ハウジング25、および軸支持部材15によって画定される部分がクランク室21である。モータ室27とクランク室21とは、図示されない通路によって連通する。
ここで、図1および図2に示すように、モータ室27およびインバータ収容室101は、第1ハウジング24を挟んで隣接する。
A fluid, which is a refrigerant, flows through the space covered by the
Here, as shown in FIGS. 1 and 2, the
吐出口47に関して圧縮室13と反対側には、固定スクロール11および第2ハウジング25によって画定される吐出室32が設けられ、圧縮室13で圧縮された冷媒は吐出口47を介して吐出室32へと吐出される。吐出室32にはリード弁34およびリテーナ36が設けられ、冷媒の逆流すなわち吐出室32から吐出口47に向かう流れの発生を防止する。また、吐出室32は外部と連通する外部開口32aを有する。この外部開口32aによって、電動コンプレッサ10の内部と外部とが連通する。
A
以上のように構成される電動コンプレッサ10において、冷媒は、外部から、図示されない吸入口を介して、モータ室27に流入する。さらに冷媒は、モータ室27から、図示されない吸入通路を介してクランク室21およびクランク室と連通する圧縮室13に流入する。圧縮室13内において、駆動軸22の回転に伴う旋回スクロール12の旋回によって、冷媒は圧縮され、吐出口47から吐出室32へと流入し、さらに外部開口32aを介して外部へと吐出される。
In the
図2に、この発明の実施の形態1に係るインバータアセンブリ100およびその周辺の構成を示す。
図2は、図1のII−II線における部分断面図である。
カバー150と第1ハウジング24とがガスケット120を挟持し、これによってインバータ収容室101が外部から隔絶される。ガスケット120は、鉄製の板である芯と、芯を取り巻くゴム材によって構成される板状の部材である。
FIG. 2 shows an
2 is a partial cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
The
インバータアセンブリ100は、電気回路を有する基板112と、基板112を支持するベースである伝熱板110とを含む。伝熱板110は、熱伝導率の比較的高い材料、たとえばアルミニウムからなり、モータ室27およびインバータ収容室101の間で熱の伝導を媒介する。基板112は、ネジ128によって伝熱板110に固定される。
カバー150、伝熱板110、および第1ハウジング24が、ネジ118によって共締め固定され、伝熱板110は第1ハウジング24に密着して取り付けられる。なお、ネジ118は図2の断面とは異なる位置に設けられるため、共締め固定される部分は図2には現れない。図2には説明のためネジ118のネジ頭のみを示す。
また、インバータアセンブリ100は、電子部品として、コンデンサ114、コイル116、気密端子122、スイッチング素子であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)124および125、およびバリスタ(図示せず)を含む。
The
The
Further, the
コンデンサ114は、たとえば電解コンデンサであり、リード114aを有する。リード114aは基板112にはんだ付けされ、コンデンサ114を基板112の電気回路と電気的に接続する。コンデンサ114は、リード114aおよびリード114a周辺のはんだ(図示せず)によって基板112に固定され、また、樹脂製の接着剤114bによって伝熱板110に接着され固定される。
コイル116はリード116aを有し、このリード116aは、基板112にはんだ付けされてコイル116を基板112の電気回路と電気的に接続する。コイル116は、リード116aおよびリード116a周辺のはんだ(図示せず)によって基板112に固定され、また、コイル116は、樹脂製の接着剤116bによって伝熱板110に接着され固定される。
The
IGBT124および125は、それぞれリード124aおよび125aを有し、このリード124aおよび125aは、基板112にはんだ付けされてIGBT124および125を基板112の電気回路と電気的に接続する。IGBT124および125は、それぞれネジ126および127によって伝熱板110に固定される。
気密端子122はリード122aを有し、このリード122aは、基板112にはんだ付けされて気密端子122を基板112の電気回路と電気的に接続する。気密端子122は、伝熱板110に固定される。なお、図示しないが、気密端子122は、インバータアセンブリ100と、第1ハウジング24内の電動モータ26(図1参照)とを電気的に接続するとともに、インバータ収容室101と、電動モータ26が収容される空間であるモータ室27とを気密に隔絶する。
The
The
このようにして基板112、コンデンサ114、およびコイル116が伝熱板110に支持され、インバータアセンブリ100が組み立てられる。上述のように、伝熱板110はネジ118によって第1ハウジング24に固定されており、これによってインバータアセンブリ100が第1ハウジング24に固定される。この固定はネジ118による脱着可能な螺合である。
In this way, the
第1ハウジング24とステータ30(図1参照)との間には、モータ室27の少なくとも一部を含む冷媒通路が形成され、ここを冷媒が流通する。この冷媒は、第1ハウジング24を介して伝熱板110を冷却し、これによってインバータアセンブリ100を冷却する。また、冷媒は、ステータ30を介して電動モータ26を冷却する。
なお、この冷媒通路は、電動コンプレッサ10の低圧側の通路である。すなわち、モータ室27は、電動コンプレッサ10の吸入圧領域に設けられる。
A refrigerant passage including at least a part of the
The refrigerant passage is a passage on the low pressure side of the
第1ハウジング24には、IGBT125の直下において、モータ室27からインバータ収容室101へと向かう冷却孔130が形成される。冷却孔130は第1ハウジング24を貫通する貫通孔であり、その上端開口130aは伝熱板110に接し、これによって伝熱板110は吸入圧領域の冷媒と接触することになる。冷却孔130の形状は、たとえば中空円筒状であるが、これは他の形状であってもよい。
冷却孔130の周囲において、モータ室27とインバータ収容室101とをシールするためのシール構造が設けられる。図2の例では、冷却孔130の上端開口130aの周囲にOリング溝130bが設けられ、その内部にシール部材としてOリング130cが配置される。Oリング130cは第1ハウジング24および伝熱板110によって挟持され、冷却孔130の周囲においてモータ室27とインバータ収容室101とを隔絶する。
In the
A sealing structure for sealing the
電動コンプレッサ10を組み立てる際には、まずインバータアセンブリ100を一体として組み立てる。これはどのような順序でなされても良いが、たとえばまず伝熱板110に各電子部品が取り付けられ、その後基板112がネジ128によって伝熱板110に固定されるとともに、各電子部品が基板112に接続される。
インバータアセンブリ100が組み立てられた後、これを電動コンプレッサ10に組み込む。これは、カバー150、伝熱板110、および第1ハウジング24を、ネジ118によって共締め固定することによって行われる。
なお、ここで、上述のようにインバータ収容室101内へのゲルの封入はなされないので、ネジ118を外すことによって伝熱板110は第1ハウジング24から解放され、インバータアセンブリ100を取り外すことができる。すなわち、一体型のインバータアセンブリ100はカートリッジ式であり、電動コンプレッサ10において脱着可能な構成となっている。
When assembling the
After the
Here, since the gel is not sealed in the
以上のように構成される電動コンプレッサ10によれば、電動コンプレッサ10の吸入圧領域すなわち低温側の冷媒が、モータ室27から冷却孔130を通ってその上端130aで伝熱板110に接触する。これによって、冷却孔130の周辺において伝熱板110が直接的に冷却される。ここで、冷却孔130はIGBT125の直下に形成されているので、冷却孔130内の冷媒は伝熱板110を介してIGBT125を効率的に冷却する。このように、電動コンプレッサ10は、IGBT125およびこれを含むインバータアセンブリ100の冷却性を向上することができる。
According to the
また、冷却効率が向上することにより、IGBT125をより低温に維持できるので、IGBT125に要求される耐熱温度をより低くすることができる。これによって、より小型またはより低コストのスイッチング素子を採用することができる。
さらに、耐熱温度の低いスイッチング素子を使用する場合でも温度保護が不要となるので、より広い運転領域、すなわちより多様な運転状態においてインバータアセンブリ100を使用することができる。
また、冷媒は、第1ハウジング24を介さず直接的に伝熱板110を冷却するので、第1ハウジング24を介して間接的に冷却する構成と比較して、冷却効率を向上させることができる。
Moreover, since the
Furthermore, since temperature protection is not required even when a switching element having a low heat resistance temperature is used, the
Further, since the refrigerant directly cools the
また、電動コンプレッサ10では、インバータ収容室101内にゲルを封入せず、インバータアセンブリ100を脱着可能とするので、従来のようにインバータアセンブリを取り外し不可能に固定する構成と比較して、メンテナンスが容易となる。このように、メンテナンスを容易にしつつ、上述のように冷却効率を向上させることができる。
Moreover, in the
従来の構成には、フィン等を形成してインバータの冷却を行うものがあるが、このような構成ではフィン等を形成するための鋳型の形状が複雑になり、鋳型のメンテナンスが困難である。本実施の形態に係る電動コンプレッサ10では、第1ハウジング24に貫通孔を形成することによって冷却孔130を形成することができるので、比較的単純な形状の鋳型を使用でき、メンテナンスがより容易となる。
In some conventional configurations, fins or the like are formed to cool the inverter. However, in such a configuration, the shape of the mold for forming the fins or the like is complicated, and the maintenance of the mold is difficult. In the
上述の実施の形態1において、図2の例では、冷却孔130の位置はIGBT125の直下であるが、これは直下でなくともよく、たとえばIGBT125の下方または近傍であってもよい。さらに、IGBT125を冷却する効率が向上するような位置であれば、どこに設けられてもよい。
また、冷却孔130はIGBT125を冷却しないものであってもよく、電子部品の少なくとも一つ、たとえばコンデンサ114またはコイル116を冷却するものであってもよい。この場合、冷却孔130は、コンデンサ114またはコイル116の直下、近傍、あるいはこれらを冷却する効率が向上する位置に設けられてもよい。このような構成においても、図2に示す構成と同様に、電子部品を含むインバータアセンブリ100を効率的に冷却することができる。
In the above-described first embodiment, in the example of FIG. 2, the position of the
The
また、図2の例では、冷却孔130はIGBT125について一つだけ設けられるが、冷却孔130は複数の素子について設けられてもよい。たとえば、IGBT124および125について、それぞれ一つの冷却孔が設けられてもよく、その他の電子部品についてそれぞれ一つの冷却孔が設けられてもよい。
また、一つの電子部品について複数の冷却孔130が設けられてもよい。
In the example of FIG. 2, only one
A plurality of
電動コンプレッサ10はスクロール式のものとして例示されているが、これは流体を圧縮する圧縮機構部を備えるものであれば他の形式のものであってもよい。
Although the
24 第1ハウジング(ハウジング)、26 電動モータ、100 インバータアセンブリ、101 インバータ収容室、110 伝熱板(ベース)、112 基板、114 コンデンサ(電子部品)、116 コイル(電子部品)、124および125 IGBT(電子部品、スイッチング素子)、130 冷却孔(貫通孔)、130a 上端開口(貫通孔の一端)、130c Oリング。 24 First housing (housing), 26 Electric motor, 100 Inverter assembly, 101 Inverter housing chamber, 110 Heat transfer plate (base), 112 Substrate, 114 Capacitor (electronic component), 116 Coil (electronic component), 124 and 125 IGBT (Electronic component, switching element), 130 cooling hole (through hole), 130a upper end opening (one end of the through hole), 130c O-ring.
Claims (3)
前記圧縮機構部を駆動する電動モータと、
前記吸入圧領域に設けられ、前記電動モータを収容するモータ室と、
直流電力を多相交流電力に変換して前記電動モータに供給するとともに、前記電動モータの回転数を制御するインバータアセンブリと、
前記インバータアセンブリを収容するインバータ収容室と
を備え、
前記インバータアセンブリは、電気回路を有する基板と、前記基板に接続された電子部品と、前記基板を支持するベースとを備えるとともに、前記インバータ収容室内に脱着可能に固定され、
前記モータ室および前記インバータ収容室は、ハウジングを挟んで隣接する
電動コンプレッサにおいて、
前記ハウジングには、前記モータ室から前記インバータ収容室へと向かう貫通孔が形成され、
前記貫通孔の一端は前記ベースに接し、
前記貫通孔の周囲において、前記モータ収容室と前記インバータ収容室とはシールされる
ことを特徴とする、電動コンプレッサ。 A compression mechanism for sucking fluid from the suction pressure region;
An electric motor for driving the compression mechanism;
A motor chamber provided in the suction pressure region and containing the electric motor;
An inverter assembly that converts DC power into multi-phase AC power and supplies it to the electric motor, and controls the rotational speed of the electric motor;
An inverter storage chamber for storing the inverter assembly;
The inverter assembly includes a board having an electric circuit, an electronic component connected to the board, and a base that supports the board, and is detachably fixed in the inverter housing chamber.
In the electric compressor adjacent to the motor chamber and the inverter accommodating chamber with a housing interposed therebetween,
A through hole is formed in the housing from the motor chamber toward the inverter accommodating chamber.
One end of the through hole is in contact with the base,
The electric compressor, wherein the motor storage chamber and the inverter storage chamber are sealed around the through hole.
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