JP2009150248A - インバータ一体型電動圧縮機 - Google Patents

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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】インバータケース102の内周端面と圧縮機構部4の端面の間にシール材を設置して構成された密閉空間に冷媒の吸入通路空間70を設けてインバータの設置壁の裏面を冷却するインバータ一体型電動圧縮機とし、シール材は対峙する端面のいずれか一方にシール溝を設置して設けられ、インバータケース102の内周端面と圧縮機構部端面との間には最大一部分を残し、インバータケース102端面と本体ケーシング3の端面との間には最大全周に亘りシール材の弾性範囲内で隙間を設けることにより、インバータケースへの熱伝導を抑制する。
【選択図】図1

Description

本発明は流体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機とを機体容器に内蔵し、前記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設けることが行なわれている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に記載のものは、図5に示すように機体容器を軸線方向に圧縮室とインバータ室とに仕切る仕切り壁を設けて、その圧縮室に圧縮機構部および電動機を収容し、インバータ室にインバータを収容している。ここに、インバータは前記仕切り壁を介して電動機のある吸入側に面し、吸入冷媒よってインバータおよび電動機を冷却した後、圧縮機構部へ流入する、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、特許文献2に記載のものは、図6に示すように電動機を収容した機体容器、圧縮機構部、および圧縮機構部を挟んで電動機と反対側にインバータを収容したインバータケース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、一旦インバータケースに設けられた通路に導かれ、インバータとの熱交換を図った後、再度圧縮機構部に戻される。さらに圧縮機構部で圧縮された冷媒ガスは電動機を冷却した後、機体容器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、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、圧縮機の性能に大きな影響を及ぼす。さらに、圧縮機構部からの吐出冷媒は電動機側に至ることなく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、前記外部への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、特許文献1に記載の構造に対して、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近接すると共にインバータケースは発熱体である圧縮部や電動機を収納した機体容器とシール部を介して連結されるので熱伝導によりインバータケースは加熱される為効率的な冷却手段と共にインバータケースへの熱進入がしにくい構造の工夫が必要であった。また、この圧縮機はエンジンの近傍に設置されることが多い為エンジンからインバータケースヤインバータカバーへの輻射熱の進入防止の課題も有している。また、圧縮部と電動機を内蔵した容器及びインバータケースは積層構造の為、組立調整や軸心だし更には締結のためのボルト、シール数において課題を有している。
本発明の目的は、大幅なコスト削減ができるインバータ一体型電動圧縮機構造を提供すると共にインバータの冷却を効率的に図るためにインバータケースやインバータカバーへの熱進入を防止するインバータ一体型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、本発明の電動圧縮機は、流体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する電動機を内蔵した本体ケーシングと、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前記インバータケースを密閉するインバータカバーを備え、前記圧縮機構部を前記本体ケーシングに収容し、前記インバータケースの内周端面と前記本体ケーシングの内面段付き部によって挟持して固定すると共に前記本体ケーシングの端面と前記インバータケースの外周端面の間にシール材を用いて密閉した構造体であり、また前記インバータケースの内周端面と前記圧縮機構部の端面の間にシール材を設置して構成された密閉空間に冷媒の吸入通路を設けてインバータの設置壁の裏面を冷却するインバータ一体型電動圧縮機である。つぎに前記シール材は対峙する端面のいずれか一方にシール溝を設置して設けられ、インバータケースの内周端面と前記圧縮機構部端面間には最大一部分を残し、インバータケース端面と前記機体容器の端面との間には最大全周に亘り前記シール材の弾性範囲内で隙間を設けることにより、インバータケースへの熱伝導を抑制している。
また、実施例2ではシール材は弾性変形を許容する突起部を持ち、前記インバータケースを形成する材料より低い熱伝導率を持つ板状シール材であり、前記インバータケースの内周端面と外周端面は同一平面で形成され、前記内周と外周の2箇所のシール材は一体で成型されたインバータ一体型電動圧縮機としている。
さらには、前記インバータケースとインバータカバーはアルミニウム合金とし、表面にはアルマイト処理を施して外部環境からの熱輻射などによる熱進入を抑制している。
これによって、電動機と圧縮機構部が同一機体容器内に収容されることにより、特別な軸芯調整を行うことなく、軸芯ずれを防止することができると共に、インバータケースと機体容器で圧縮機構部を挟持して密閉状態に固定することによって、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。
また、前記インバータケースのシール構造に工夫をし機体容器や圧縮部からの熱伝導やインバータカバー等のアルマイト処理により外部環境からの熱進入を抑制した為、インバータケースでのインバータ冷却を効率的に行うことができる。
本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、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され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、流体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する電動機を内蔵した本体ケーシングと、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前記インバータケースを密閉するインバータカバーを備え、前記圧縮機構部を前記本体ケーシングに収容し、前記インバータケースの内周端面と前記本体ケーシングの内面段付き部によって挟持して固定すると共に前記本体ケーシングの端面と前記インバータケースの外周端面の間にシール材を用いて密閉した構造体であり、また前記インバータケースの内周端面と前記圧縮機構部の端面の間にシール材を設置して構成された密閉空間に冷媒の吸入通路を設けてインバータの設置壁の裏面を冷却するインバータ一体型電動圧縮機とすることにより、電動機と圧縮機構部が同一機体容器内に収容されることで、特別な軸芯調整を行うことなく軸芯ずれを防止することができると共にシール材や締結ボルトの部品点数削減を図ることができる。
第2の発明は、特に、第1の発明のシール材は対峙する端面のいずれか一方にシール溝を設置して設け、インバータケースの内周端面と前記圧縮機構部端面間には最大一部分を残し、インバータケース端面と前記本体ケーシングの端面との間には最大全周に亘り前記シール材の弾性範囲内で隙間を設けたことにより、インバータケースへの熱伝導が抑制される為、インバータの冷却効果が向上する。
第3の発明は、特に、第2の発明の板状シール材は弾性変形を許容する突起部を持ち、前記インバータケースを形成する材料より低い熱伝導率を持つ材料で構成し、前記インバータケースの内周端面と外周端面は同一平面で形成し、前記内周と外周の2箇所のシール材を一体で成型し、加工コストを下げることができると共に低熱伝導材料にすることによりインバータケースへの熱伝導を抑制することができる。
第4の発明は、前記インバータケースとインバータカバーをアルミニウム合金とし、表面にはアルマイト処理を施すことにより、外部環境からの熱輻射による熱進入を抑制できるため、インバータの冷却効率が大きく向上する。
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におけるインバータ一体型電動圧縮機の縦断面図である。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はインバータケース102内に組み込まれたモータ駆動回路部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。しかし、本発明はこれらに限られることはない。基本的には、液体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部4と、この圧縮機構部4を駆動する電動機5を内蔵する本体ケーシング3と、電動機5を駆動するモータ駆動回路部101を内蔵するインバータケース102とを有する電動圧縮機1であればよく、以下の説明は特許請求の範囲の記載を限定するものではない。
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って、図1に示すように固定鏡板11a、旋回鏡板12aから羽根が立ち上がった固定渦巻部11と旋回渦巻部12とを噛合わせて形成した圧縮空間10が、旋回渦巻部12を電動機5により駆動軸14を介して固定渦巻部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30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102に設けた吸入口8および本体ケーシング3に設けた吐出口9を通じて行う。
これに併せ、本体ケーシング3の貯液部6に貯留されている潤滑油7が容積型ポンプ13などを駆動軸14にて駆動するか本体ケーシング3内の差圧を利用するなどして、駆動軸14の給油路15を通じ旋回渦巻部12の旋回駆動に伴い旋回渦巻部12の背面の液溜り21および液溜り22、図に示す例では液溜り21に供給し、この液溜り21に供給した潤滑油7の一部は旋回渦巻部12の外周部の背面側に旋回渦巻部12を通じ絞り23などによる所定の制限の基に供給して旋回渦巻部12をバックアップしながら、前記潤滑油7を旋回渦巻部12を通じ旋回渦巻部12の羽根における先端の固定渦巻部11との間のシール部材の一例であるチップシール24を保持する保持溝25に供給して固定、旋回各渦巻部11、12間のシールおよび潤滑を図る。また、液溜り21に供給した潤滑油7の別の一部は、偏心軸受43、液溜り22、主軸受42を経ながら、それら軸受42、43を潤滑した後、電動機5側に流出し、貯液部6へと回収される。
さらに、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13に連結している側を軸受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は前記固定渦巻部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の開口端に嵌合され、インバータケース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により軸受している。さらに、これら主軸受部材51と固定渦巻部11との間に前記旋回渦巻部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と旋回渦巻部12との間にはオルダムリング57などの旋回渦巻部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を介して旋回渦巻部12に接続して、旋回渦巻部12を円軌道上で旋回させられるようにしている。
圧縮機構部4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65で構成された吐出室62に開口される。吐出室62は固定渦巻部11および主軸受部材51ないしはこれらと本体ケーシング3との間に形成した連絡通路63を通じて圧縮機構部4と端部壁3aとの間の、吐出孔9を持った電動機5側に通じている。
モータ駆動回路部101は、インバータケース102内に端部壁102aを隔てて吸入室61及び吐出室62の反対側に回路基板103と、図示しない電解コンデンサとを収容して構成され、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)105が搭載される。モータ駆動回路部101は、電動機5などとハーネスコネクタ107によって接続される圧縮機ターミナル106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モータ駆動回路部101によって駆動するようにしてある。このためモータ駆動回路部101は外部との電気的な接続を行う図示しないハーネスコネクタが設けられている。
以上によって、電動機5はモータ駆動回路部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102に設けた吸入口8を通じ冷凍サイクルからの帰還冷媒を吸入して、圧縮し、吐出口31から吐出室62に吐出する。吐出室62に吐出された冷媒は連絡通路63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。
以上の構成の電動圧縮機1において、インバータケース102内の冷却通路構造について図2を用いて説明する。図2はインバータケース102と固定鏡板11aとで構成される冷却通路空間の分解構造図である。インバータケース102に設けた吸入口8から吸入された冷媒は、吸入通路空間70に拡散され、端部壁102aを冷却すると共に、背面に搭載されているIPM105等の発熱体と熱交換を行ったのち、固定鏡板11aの通路穴71を介して圧縮空間10に流入する。
また、インバータケース102には、圧縮機ターミナル106がトメワ80等によって固定されている。電動機5からのリード線81は固定鏡板11aの外周近傍に設けられた連絡通路82を通してハーネスコネクタ107に接続され、圧縮機ターミナル106に差込固定される。
また、インバータケース102の端部壁102aに冷媒の流れを制御するガイドフィン75を、背面に搭載されている発熱体に相対する位置に設けることで、冷却効果をさらに上げることができる。
再度図1に戻り説明する。また、インバータケース102にインバータカバー113をネジ等で固定することで、モータ駆動回路部101を外的効力から保護することができる。さらに、インバータケース102とインバータカバー113の外壁にはエンジンの熱輻射やエンジンルームが高温になった場合にインバータケース102への熱進入を防ぐためにアルマイト表面処理層114が形成され、輻射熱を反射して熱伝導進入を抑制している。
次に、本体ケーシング3の端面3aにはシール溝が設けられ,Oリング3bが配備されている。また、圧縮部を構成する固定渦巻き部11のインバータケース102側の端面11aには前記吸入通路空間70を形成するためにOリング溝11bが設けられOリング11cが配備されている。そして前者はインバータケース102の外周端面で、後者はインバータケース102の内周端面により閉塞される。ここでインバータケース102の内周端面には前記圧縮部4を押圧する為の面以外は固定渦巻き部11からインバータケース102への熱伝導面積を極力縮小するためOリング11cの弾性範囲内の微少隙間11dが設けられている。
一方、インバータケース102の外周端面と前記本体ケーシング3の端面との間にはインバータケース102を本体ケーシング3にボルト締結した際に全周に亘り前記Oリング3bの弾性範囲内で微少隙間3cが設けられ、本体ケーシング3からインバータケース102への熱伝導が抑制されるよう設定されている(図3参照)。
(実施の形態2)
インバータケース102と対峙構造体とのシール構造に関する実施の形態2について図4を用い説明する。板状シール材120は弾性変形を許容する突起部を持ち、前記インバータケース102を形成する材料より低い熱伝導率を持つ材料で形成され、具体的にはアルミニウム合金のインバータケース102に対して例えばステンレス系の金属シール材である。この構造ではインバータケース102の内周端面と外周端面は同一平面で形成され、前記内周と外周の2箇所は一体の板状シール材120として成型された形態である。
以上のように、本発明にかかるインバータ一体型電動圧縮機は、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・高効率化が図られ、さらにインバータ冷却効率の改善により電子部品の信頼性も向上する。これにより、エンジンへの装着も容易となり、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 図1で示されるインバータケースの冷却通路空間の分解構造図 図1で示されるOリングシール部の部分断面図 実施の形態2における金属シール部の部分断面図 特許文献1に記載の従来の電動圧縮機の断面図 特許文献2に記載の従来の電動圧縮機の断面図
符号の説明
1 電動圧縮機
2 取付け脚
3 本体ケーシング
3a シール溝
3b Oリング
3c 微少隙間
4 圧縮機構部
5 電動機
5a 固定子
6 貯液部
7 潤滑油
8 吸入口
9 吐出口
10 圧縮空間
11 固定渦巻部
11a 固定鏡板
11b シール溝
11c Oリング
11d 微少隙間
12 旋回渦巻部
12a 旋回鏡板
13 ポンプ
14 駆動軸
15 給油路
17 環状部材
21 液溜り
22 液溜り
23 絞り
24 チップシール
25 保持溝
30 冷媒
31 吐出孔
41 副軸受
42 主軸受
43 偏心軸受
51 主軸受部材
52 蓋体
53 ポンプ室
54 吸上げ通路
57 オルダムリング
61 吸入室
62 吐出室
63 連絡通路
65 蓋体
70 吸入通路空間
71 通路穴
75 ガイドフィン
80 トメワ
81 リード線
82 連絡通路
101 モータ駆動回路部
102 インバータケース
102a 端部壁
103 回路基板
105 IPM
106 圧縮機ターミナル
107 ハーネスコネクタ
113 インバータカバー
114 アルマイト表面処理層
120 板状シール材

Claims (4)

  1. 流体の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する電動機を内蔵した本体ケーシングと、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前記インバータケースを密閉するインバータカバーを備え、前記圧縮機構部を前記本体ケーシングに収容し、前記インバータケースの内周端面と前記本体ケーシングの内面段付き部によって挟持して固定すると共に前記本体ケーシングの端面と前記インバータケースの外周端面の間にシール材を用いて密閉した構造体であり、また前記インバータケースの内周端面と前記圧縮機構部の端面の間にシール材を設置して構成された密閉空間に冷媒の吸入通路を設けてインバータの設置壁の裏面を冷却するインバータ一体型電動圧縮機。
  2. 前記シール材は対峙する端面のいずれか一方にシール溝を設置して設けられ、インバータケースの内周端面と前記圧縮機構部端面間には最大一部分を残し、インバータケース端面と前記本体ケーシングの端面との間には最大全周に亘り前記シール材の弾性範囲内で隙間を設けたことを特徴とする請求項1に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
  3. 前記シール材は弾性変形を許容する突起部を持ち、前記インバータケースを形成する材料より低い熱伝導率を持つ板状シール材であり、前記インバータケースの内周端面と外周端面は同一平面で形成し、前記内周と外周の2箇所のシール材を一体で成型した請求項1に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
  4. 前記インバータケースとインバータカバーはアルミニウム合金であり、少なくとも一方の表面にはアルマイト処理が施されていることを特徴とする請求項1に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
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