JP2008190452A - 電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機構部に吸入口が２つ設けられた場合にあって、導入する全体の流体量が減少される場合にも偏流の発生を抑制し、かつ、モータ駆動回路部の冷却性能を確保できる電動コンプレッサを得る。
【解決手段】導入ポート１５から吸入口２７に至る流体流路５０は、モータ駆動回路部４０と圧縮機構部２０との間の隔壁１１Ｗ内に形成されるとともに、導入ポート１５に連通する流路基部５１と、この流路基部５１から分岐して吸入口２７に連通する２つの分岐流路５２とを有する。流路基部５１は導入ポート１５と略同一の断面積に設定されるとともに、分岐流路５２は流路基部５１の断面積を略等分した断面積に設定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧縮機構部と電動モータとを一体化した電動コンプレッサに関する。

圧縮機構部と圧縮機構部を駆動する電動モータと一体化した電動コンプレッサでは、電動モータを通電制御するためにモータ駆動回路が設けられる。モータ駆動回路（インバータ）には複数のスイッチング素子が含まれるが、これら複数のスイッチング素子はＯＮ／ＯＦＦの切り替えによって発熱する。

よって、このタイプの電動コンプレッサでは、インバータ（主としてスイッチング素子）の発熱を除去することが望まれるが、とは言え、例えばモータ駆動回路の冷却手段として冷却用ファンを設けると、当該ファンを駆動するための動力が必要になるとともに、電動コンプレッサ自体が大型化してしまう。

このため、モータ駆動回路部を圧縮機構部の流体吸入口側に隣接して配置し、その流体吸入口に連通する流体流路から分岐した分岐流路をモータ駆動回路部に接触させて配路し、その分岐流路を流通する流体によってモータ駆動回路部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２００５−５４７１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される従来の電動コンプレッサでは、流体流路から分岐した分岐流路をモータ駆動回路部に接触するように通してあるため、その分岐流路の流通抵抗が大きくなってエネルギロスが生じ、ひいては、モータ駆動回路部の冷却効率が悪化してしまう。

かと言って、流体流路の断面積を大きくすると、電動コンプレッサに流入する全体の流体量が減少した場合には偏流が発生し、分岐流路に流入する流体量が減少してモータ駆動回路の冷却効率が著しく低下してしまう。

ところで、電動コンプレッサには、圧縮機構部に流体を吸入する吸入口が当該圧縮機構部の回転軸周方向に等間隔をもって２つ設けられるものがあるが、このタイプの電動コンプレッサにあっても上記特許文献１の技術を採用すると同様の不具合が生じてしまう。

そこで、本発明は、圧縮機構部に吸入口が２つ設けられた場合にあって、導入する全体の流体量が減少される場合にも偏流の発生を抑制し、かつ、モータ駆動回路部の冷却性能を確保できる電動コンプレッサを得ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、電動モータ（３０）と、該電動モータ（３０）によって駆動されて、１つの導入ポート（１５）から導入された流体を分岐して２つの吸入口（２７）から吸入する圧縮機構部（２０）と、電動モータ（３０）の通電を制御するモータ駆動回路部（４０）と、がこの順に配列されて一体に結合された電動コンプレッサ（１０）において、前記導入ポート（１５）から前記吸入口（２７）に至る流体流路（５０）は、前記モータ駆動回路部（４０）と前記圧縮機構部（２０）との間の隔壁（１１Ｗ）内に形成されるとともに、前記導入ポート（１５）に連通する流路基部（５１）と、この流路基部（５１）から分岐して前記吸入口（２７）に連通する２つの分岐流路（５２）とを有し、前記流路基部（５１）は導入ポート（１５）と略同一の断面積に設定されるとともに、前記分岐流路（５２）は流路基部（５１）の断面積を略等分した断面積に設定されることを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、前記２つの分岐流路（５２）の長さをそれぞれ略等しくしたことを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、前記流路基部（５１）は、モータ駆動回路部（４０）の基板（４１）の表面（４１ａ）の面内方向（Ｙ）の流路幅が狭い幅狭部（５１ｃ）と、当該流路幅が広い幅広部（５１ｄ）とを有し、前記モータ駆動回路部（４０）に含まれるスイッチング素子（４２）が、前記幅広部（５１ｄ）に対応して配置されていることを特徴とする。

請求項４の発明にあっては、前記２つの分岐流路（５２）は、前記幅広部（５１ｄ）から分岐されており、前記スイッチング素子（４２）が、前記幅広部（５１ｄ）から２つの分岐流路（５２）への分岐部分に対応して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、導入ポートから２つの吸入口に分岐して至る流体流路がモータ駆動回路部に隣接して配路されるので、流体流路を流通する流体によってモータ駆動回路部を冷却することができる。

また、上記流体流路を構成する流路基部および２つの分岐流路について、流路基部の断面積は導入ポートの断面積と略同一に設定され、分岐流路の断面積は流路基部の断面積を略等分した値に設定されるので、導入ポートに導入された流体量と等量の流体を流体流路に流通させることができる。したがって、導入ポートに流入する流体量が減少した場合にも、分岐流路の断面積が略等しくなっていることにより偏流が発生しにくくなり、それぞれの分岐流路に冷媒の流通を確保しやすくなるため、モータ駆動回路部の冷却効率を高めることができる。

さらに、導入ポートに流入する流体量が増大した場合にも、その流体の全量を流路基部および分岐流路に流通させることができるので、流通抵抗を小さく抑えてポンプ効率を高めることができる。

請求項２の発明によれば、上記２つの分岐流路の長さをそれぞれ略等しくしたので、各分岐流路の流通抵抗を略等しくし、ひいては、それぞれの分岐流路を流通する流体量を等しくして偏流の発生をより効率良く抑制できるとともに、２つの吸入口の吸入量に差が生じないことからポンプ効率をさらに高めることができる。

請求項３の発明によれば、流体流路のうち流体による受熱面積がより広い上記幅広部に対応させてスイッチング素子を設けた分、モータ駆動回路部をより効率良く冷却することができる。

請求項４の発明によれば、流体流路のうち流体による受熱面積がより広い上記分岐部分に対応させてスイッチング素子を設けた分、モータ駆動回路部をより効率良く冷却することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面に参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）図１は、本実施形態にかかる電動コンプレッサの全体斜視図、図２は、電動コンプレッサの縦断面図、図３は、電動コンプレッサの流体流路を形成したフロントケースの内方端面図、図４は、フロントケースを分離して流体の流れを示す電動コンプレッサの斜視図である。なお、図中、Ｘ方向は圧縮機構部の回転軸方向、Ｙ方向はモータ駆動回路部の基板表面の面内方向（面に沿う方向）を示す。

また、以下では、自動車の空調装置の冷凍サイクルに適用される電動コンプレッサを例示する。この場合、電動コンプレッサで圧縮され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、フロントケース１１とミドルケース１２とリヤケース１３とを結合して密閉したハウジング１４が形成される。そして、図２に示すように、ミドルケース１２内には圧縮機構部２０が収納されるとともに、リヤケース１３内には電動モータ３０が収納され、かつ、フロントケース１１内には電動モータの通電を制御するモータ駆動回路部４０が収納されている。

そして、図１に示すように、ミドルケース１２に設けた導入ポート１５からハウジング１４内に導入した冷媒が、上記圧縮機構部２０で圧縮された後、リヤケース１３に設けた吐出ポート１６から排出されるように構成されている。

この圧縮機構部２０は、ベーンを有するロータリー式であり、図２に示すように、内周が滑らかな非円形状断面を有する筒状のシリンダ室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レッサロータ２３と、このコンプレッサロータ２３の外周部に出没自在に配置されて先端がシリンダ室２１の内周に摺接し、周方向に所定間隔をもって複数配置されるベーン２４と、シリンダブロック２２の軸方向両側に配置されてシリンダ室２１の軸方向両側を閉塞するとともに、コンプレッサロータ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ている。

図２中左方にある吸入側のサイドブロック２５には、導入ポート１５から導入した冷媒をシリンダ室２１に吸入する吸入口２７（図３）が形成され、シリンダブロック２２の外周部には、シリンダ室２１内の圧縮した冷媒を排出する排出口２８が形成されている。このとき、本実施形態では、図３，図４に示すように、吸入口２７は、コンプレッサロータ２３の回転中心を境にした対向位置に一対設けられており、これに伴って排出口２８も吸入口２７から所定角度回転した対向位置に一対設けられている。

したがって、圧縮機構部２０では、コンプレッサロータ２３が電動モータ３０の駆動軸３１によって回転されることにより、ベーン２４の出没を伴いつつシリンダ室２１の周方向の容積が変化して、これにより吸入口２７からシリンダ室２１に吸入された低圧冷媒が圧縮され、こうして圧縮された高圧冷媒が排出口２８から排出される。

そして、排出口２８から排出された冷媒は、ミドルケース１２の内周と圧縮機構部２０との間の通路を経て、電動モータ３０を収納したリヤケース１３内を通過した後に吐出ポート１６から吐出され、このとき、リヤケース１３を通過する冷媒によって電動モータ３０の発熱部が冷却されるようになっている。

電動モータ３０は、リヤケース１３の内周に圧入固定される円筒状のステータ３２と、このステータ３２内に回転自在に収納されるロータ３３と、を備えて構成される。このステータ３２の周方向に等間隔をもって設けた複数のコイル巻回部に通電することで、ステータ３２が励磁し、以て、ロータ３３が回転する。

ロータ３３の中心部には電動モータ３０の駆動軸３１が回転方向に係止して挿通されている。本実施形態では、この駆動軸３１の一端部（図２中左端部）が圧縮機構部２０のコンプレッサロータ２３の端部（図２中右端部）に非円形嵌合部３１Ｓを介して連結されることにより、駆動軸３１の回転がコンプレッサロータ２３に伝達されるようになっている。

フロントケース１１は、図２に示すように、ミドルケース１２側に隔壁１１Ｗが設けられるとともに、その反対側が開放されており、その開放側からモータ駆動回路部４０をフロントケース１１内に収納した後に開放側端をエンドプレート１１Ｅで閉塞するようになっている。

モータ駆動回路部４０は基板４１を備え、当該基板４１には回路をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ，ＩＧＢＴ等）４２（図３参照）やコンデンサなどの電子部品を備えるインバータが実装されている。

このとき、モータ駆動回路部４０は、電子部品を実装した基板４１の表面をフロントケース１１の開放側に対向させるとともに、基板４１が電動コンプレッサ１０の中心軸に対して直角に配置されるようにして、図３に示すように、ビス４３によって隔壁１１Ｗに取り付けられる。

また、フロントケース１１の上部に形成された空間部１１Ｓには、モータ駆動回路部４０に図外の配線を介して接続されるコネクタ４４が設けられている。ハウジング１４がアセンブリされた状態では、モータ駆動回路部４０は、当該コネクタ４４および図外の配線を介して電動モータ３０に接続される。

フロントケース１１の隔壁１１Ｗには、図３，図４に示すように、中央部分を刳り貫いて流体流路５０が形成されており、導入ポート１５から導入した冷媒はその流体流路５０を通過して２つの吸入口２７に配給される。

そして、図３中に破線で示す基板４１は、隔壁１１Ｗ内に形成された流体流路５０に対応して（具体的には、流体流路５０に対して圧縮機構部２０の回転軸方向（図２中Ｘ方向）電動モータ３０の反対側に）配置され、当該基板４１と圧縮機構部２０の吸入側のサイドブロック２５との間を通って、流体流路５０は基板４１の裏面、つまり、スイッチング素子４２等の電子部品が配置された側とは反対側に接して、その流体流路５０を流通する冷媒が基板４１で生じた熱を効率よく受熱できるようにしてある。

ここで、流体流路５０は、導入ポート１５に連通する流路基部５１と、この流路基部５１から分岐して吸入口２７に連通する２つの分岐流路５２とを有している。流路基部５１は導入ポート１５と略同一の断面積に設定され、分岐流路５２は流路基部５１の断面積を略等分した断面積に設定されている。

流路基部５１は、図３，図４に示すように、導入ポート１５に対向する始端部５１ａからフロントケース１１の中心部（圧縮機構部２０の中心部）を通過するように直線状に延びている。そして、この流路基部５１の先端部５１ｂから略直角方向に２つの分岐流路５２が互いに反対方向に伸びて、流路基部５１および２つの分岐流路５２が略Ｔ字状を成している。ここで、流路基部５１の先端部５１ｂから分岐流路５２に至る内面は連続した曲面に形成されて、流路基部５１内の冷媒が滑らかに分岐流路５２に案内されるようになっている。

また、流路基部５１には、図３に示すように、基端側で相対的に狭い幅（基板４１の表面４１ａの面内方向（図２，図３中のＹ方向）の幅）Ｗ２の幅狭部５１ｃの途中から先端部５１ｂに向かって拡幅され、相対的に広い幅Ｗ１の幅広部５１ｄが形成されている。本実施形態では、図２、図４に示すように、圧縮機構部２０の吸入側のサイドブロック２５の中心部がフロントケース１１側に突出している分、隔壁１１Ｗの中心部の厚みｈ１が周縁部の厚みｈ２よりも薄くなっているが、かかる形状でも、上記幅狭部５１ｃおよび幅広部５１ｄを設けることで、流路基部５１の断面積が略同一となっている。

そして、２つの分岐流路５２は、それぞれの高さおよび幅を適宜に調節することにより流路基部５１の断面積の略半分となっている。

また、流路基部５１の先端部５１ｂからＴ字状に分岐した２つの分岐流路５２の長さは、略等しくなっている。

このとき、図３に示すように、モータ駆動回路部４０の発熱部（図中斜線部分で示す）となるスイッチング素子４２は、幅広部５１ｄおよび幅広部５１ｄから２つの分岐流路５２への分岐部分に対応した位置（具体的には、図２で幅広部５１ｄおよび分岐部分に対して圧縮機構部２０の回転軸方向（Ｘ方向）左側（エンドプレート１１Ｅ側）となる位置）に配置されている。これら幅広部５１ｄおよび分岐部分は、図３から明らかとなるように、冷媒による受熱面積が大きい部分となるため、かかる配置により、スイッチング素子４２で生じた熱をより効率よく受熱して、モータ駆動回路部４０をより効率良く冷却することができる。

このように流体流路５０では、流路基部５１および分岐流路５２が形成されることにより、図４に示すように導入ポート１５から導入された冷媒が、経路Ｐ１を経由して流体流路５０の流路基部５１の始端部５１ａに流入した後、経路Ｐ２を経由して流路基部５１を先端部５１ｂ方向に流れ、その先端部５１ｂから経路Ｐ３を経由して２つの分岐流路５２に分流した後、経路Ｐ４を経由して２つの吸入口２７に吸入される。

以上の本実施形態にかかる電動コンプレッサ１０によれば、１つの導入ポート１５から２つの吸入口２７に分岐して至る流体流路５０がモータ駆動回路部４０に隣接して配路されるので、流体流路５０を流通する流体によってモータ駆動回路部４０を冷却することができる。

また、上記流体流路５０を構成する流路基部５１および２つの分岐流路５２について、流路基部５１の断面積は導入ポート１５の断面積と略同一に設定され、分岐流路５２の断面積は流路基部５１の断面積を略等分した値に設定されるので、導入ポート１５に導入された流体量と等量の流体を流体流路５０に流通させることができる。

したがって、導入ポート１５に流入する流体量が減少した場合にも、２つの分岐流路５２の断面積が略等しくなっていることにより偏流が発生しにくくなり、それぞれの分岐流路５２に冷媒の流通を確保しやすくなるため、モータ駆動回路部４０の冷却効率を高めることができる。

また、導入ポート１５に流入する冷媒量が増大した場合にも、その冷媒の全量を流路基部５１および分岐流路５２に流通させることができるので、流通抵抗を小さく抑えてポンプ効率を高めることができる。

さらに、本実施形態によれば、２つの分岐流路５２の長さをそれぞれ略等しくしたので、各分岐流路５２の流通抵抗を略等しくし、ひいては、それぞれの分岐流路５２を流通する冷媒量を等しくして偏流の発生をより効率良く抑制できるとともに、２つの吸入口２７の冷媒吸入量に差が生じないことからポンプ効率をさらに高めることができる。

また、本実施形態によれば、流体流路５０のうち流体による受熱面積がより広い幅広部５１ｄおよび上記分岐部分に対応させてスイッチング素子４２を設けた分、モータ駆動回路部４０をより効率良く冷却することができる。

また、本実施形態によれば、流路基部５１および分岐流路５２の断面積が無駄に大きくならないため、流体流路５０を形成したフロントケース１１の隔壁１１Ｗの厚みを十分に確保でき、ひいては、冷媒圧力によるフロントケース１１の変形が最小限に抑えられて、外部への冷媒漏れをより確実に抑制することができる。

さらに、本実施形態によれば、流路基部５１の断面積を各分岐流路５２の断面積の略２倍にしてある分、分岐流路５２を通過する冷媒量を十分に確保してポンプによる圧力脈動をより効果的に抑制することができる。特に、圧縮機構部２０のベーン２４が奇数枚（例えば、５枚）である場合には、２つの吸入口２７で同時に冷媒が吸入されることが無いため、流路基部５１の断面積は、本来、分岐流路５２の２倍まで確保する必要は無いのであるが、本実施形態では余裕をもって２倍となる分、脈動に対して有利となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明にかかる電動コンプレッサは、空調装置の冷凍サイクル用途以外の電動コンプレッサとしても実施可能であり、流体も上記冷媒には限定されない。また、圧縮機構部は、偏心ローラタイプのロータリー式でもよく、さらには、ロータリー式以外であってもよい。

本発明の一実施形態にかかる電動コンプレッサの全体斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電動コンプレッサの縦断面図である。 本発明の一実施形態にかかる電動コンプレッサの流体流路を形成したフロントケースの内方端面図である。 本発明の一実施形態にかかる電動コンプレッサのフロントケースを分離して流体の流れを示す斜視図である。

符号の説明

１０ 電動コンプレッサ
１１Ｗ 隔壁
１５ 導入ポート
１６ 吐出ポート
２０ 圧縮機構部
２７ 吸入口
３０ 電動モータ
４０ モータ駆動回路部
４１ 基板
４１ａ （基板の）表面
５０ 流体流路
５１ 流路基部
５１ｃ 幅狭部
５１ｄ 幅広部
５２ 分岐流路
Ｙ 面内方向

Claims (4)

1. 電動モータ（３０）と、該電動モータ（３０）によって駆動されて、１つの導入ポート（１５）から導入された流体を分岐して２つの吸入口（２７）から吸入する圧縮機構部（２０）と、電動モータ（３０）の通電を制御するモータ駆動回路部（４０）と、がこの順に配列されて一体に結合された電動コンプレッサ（１０）において、
   前記導入ポート（１５）から前記吸入口（２７）に至る流体流路（５０）は、前記モータ駆動回路部（４０）と前記圧縮機構部（２０）との間の隔壁（１１Ｗ）内に形成されるとともに、前記導入ポート（１５）に連通する流路基部（５１）と、この流路基部（５１）から分岐して前記吸入口（２７）に連通する２つの分岐流路（５２）とを有し、
   前記流路基部（５１）は導入ポート（１５）と略同一の断面積に設定されるとともに、前記分岐流路（５２）は流路基部（５１）の断面積を略等分した断面積に設定されることを特徴とする電動コンプレッサ。
2. 前記２つの分岐流路（５２）の長さをそれぞれ略等しくした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. 前記流路基部（５１）は、モータ駆動回路部（４０）の基板（４１）の表面（４１ａ）の面内方向（Ｙ）の流路幅が狭い幅狭部（５１ｃ）と、当該流路幅が広い幅広部（５１ｄ）とを有し、
   前記モータ駆動回路部（４０）に含まれるスイッチング素子（４２）が、前記幅広部（５１ｄ）に対応して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２つの分岐流路（５２）は、前記幅広部（５１ｄ）から分岐されており、
   前記スイッチング素子（４２）が、前記幅広部（５１ｄ）から２つの分岐流路（５２）への分岐部分に対応して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電動コンプレッサ。

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