JP2010121449A

JP2010121449A - インバータ一体型電動圧縮機

Info

Publication number: JP2010121449A
Application number: JP2008293026A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhisa Taguchi; 辰久田口
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】冷媒配管の設置自由度が高く、インバータ冷却に伴う損失が少なく高効率な運転が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】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外部シール材を用いて密閉した構造体であり前記インバータケースの同一面の内周端面と前記圧縮機構部に設置された段付き部の間に内部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。
【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。特許文献１に記載のものは、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（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２に記載のものは、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（例えば、特許文献２参照）。

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（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−２９１５５７号公報特開２００４−１８３６３１号公報特開２００７―２９２０４４号公報

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。

また、特許文献３に記載する構造を図７〜１１に示す。

インバータケース１０２内の冷却通路構造について従来例を詳細に説明する。図９は従来例のインバータケース１０２と固定ハネ１１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に設けた吸入配管取付部８から吸入された冷媒は、吸入通路１０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、固定ハネ１１の吸入口１１ａを介して圧縮空間に流入する。

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２からのリード線２ａは固定ハネ１１の外周近傍に設けられた連絡通路８２を通してクラスタ１０６ａ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、冷却効果を上げることができる。

この構造は、インバータケースにおける吸入配管を設置できる領域が円周方向及び軸方向において限定されることと、円形のターミナルを採用している為、吸入冷媒による冷却壁の面積が狭くなり充分なインバータ冷却効果が得られにくい欠点を有している。

本発明の目的は、インバータの冷却をより効率的に図るために吸入領域を決定するシール材挿入位置の改良とターミナルの形状や設置方法を工夫し、吸入配管の設置における自由度を拡大した構造の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、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。ここで前記内周端面シール材は前記圧縮機構部の外周に設置された段付き部に設けることにより、吸入配管の軸方向の設置自由度を向上できると共に、吸入冷媒により冷却される吸入室の面積を増やし、より効率的にインバータを冷却できる構造にしている。

また、本発明の第２では内臓モータされた電動機に電力を供給するターミナルは直線状に配置された３本の電極を有した形状でありインバータケースまたは吸入カバーの外周部に外周に沿って配置されている。これにより、吸入冷媒により冷却される面積が増加し、インバータをより効率的に冷却することができる。

第３には、前記インバータカバーの前記圧縮機構部側には一部突出部を設け、前記イン
バータに使用される大型電子部品を収納配置した構造を提案している。

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位置を圧縮機構の段付き部に設置することや、小型のターミナルの提案により、吸入配管の配置自由度が増加すると共に効率の良い冷媒冷却効果が得られる。

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外部シール材を用いて密閉した構造体であり、前記インバータケースの同一端面で内周端面と前記圧縮機構部の外周に設置された段付き部の間に内部シール材を設置して構成された内部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において、前記内部シール材は前記圧縮機構部の、吸入配管の軸方向の設置自由度を向上できると共に吸入冷媒により冷却される吸入室の面積を増やし、より効率的にインバータを冷却できる構造にしている。

第２には内臓された電動機に電力を供給するターミナルは直線状に配置された３本の電極を有した形状でありインバータケースの外周部に外周に沿って配置されている。これにより、吸入冷媒により冷却される面積が増加し、インバータをより効率的に冷却することができる。

第３には、前記インバータカバーの前記圧縮機構部側に一部突出部を設け、前記インバータに使用される大型電子部品を収納配置した構造を提案している。

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圧縮機構部とインバータケースの構成を表す部分断面図である。図１においては、横向きに設置される横型の電動圧縮機の場合の１つの例を縦向きにして示しており、本体ケーシング３内に電動機２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２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。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を駆動する電動機を内蔵する本体ケーシング３と、電動機２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る。前記圧縮機構部４は前記本体ケーシング３に収容され、前記インバータケース１０２の内周端面と前記本体ケーシング３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３の端面と前記インバータケース１０２の外周端面の間に外部シール材３ａを用いて密閉した構造体であり前記インバータケース１０２の同一面である内周端面と前記圧縮機構部４の外周に設置された段付き部４ａの間に内部シール材４ｂを設置して構成された内部の密閉空間に冷媒の吸入通路１０を設けてインバータの設置壁の裏面を冷却する構造にすることにより、吸入配管の軸方向の設置自由度を向上できると共に、吸入冷媒により冷却される吸入室の面積を増やし、より効率的にインバータを冷却できる構造にしている。圧縮機構部４には固定ハネ１１と蓋体１２で構成された吐出室１３に開口される吐出口１３ａが形成されている。吐出室１３は固定ハネ１１および主軸受部材１４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１５を通じて圧縮機構部４と端部壁の間に、吐出孔１６を持ち電動機側に通じている。

モータ駆動回路部１０１は、インバータケース１０２内に端部壁を隔てて吸入通路１０及び吐出室１３の反対側に回路基板１０１と、電解コンデンサ１０４等とを収容して構成され、回路基板１０１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２と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２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ハーネスコネクタ１０７が設けられている。

次にインバータケース１０２内の冷却通路構造について従来例と比較しながら詳細に説明する。図２〜４は本発明のインバータケース１０２と固定ハネ１１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に設けた吸入配管取付部８から吸入された冷媒は、吸入通路１０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、固定ハネ１１の吸入口１１ａを介して圧縮空間に流入する。

この時、吸入配管取付部８はインバータケース１０２の吸入通路１０に連通可能な領域に設置されるが、軸方向には矢印で示した範囲となり、内部シール材４ｂを圧縮機構部４の段付き部４ａに設置した為、従来例の構成を示す図１０に比べ広い領域となり、軸方向の寸法を拡大させることなく設計自由度を向上させることができる。

また、インバータケース１０２の外周部には３本の端子を直線状に外周部に沿って配置されたターミナル１０６が設置されている。電動機２からのリード線２ａは固定ハネ１１の外周近傍に設けられた連絡通路を通してクラスタ１０６ａに接続され、ターミナル１０６に差込固定される。

図４はインバータケース１０２の平面図である。上記ターミナル１０６を円周方向に沿って配置した為吸入配管取付部８は図に示すように広い円周上角度範囲に設置可能である。また従来のインバータケース１０２を示す図１１に比べ吸入空間１０の設置範囲が広い為、インバータの冷却においても効率の良い冷却が期待できる。

図３、４でインバータケース１０２に圧縮機構部側に突出した突出部１１０について説明する。前述のようにターミナル１０６を外周に沿って配列し、クラスタ１０６ａについても軸方向に配列したため、吸入冷媒の通過できる領域を拡大できたため、この空間に突出部１１０を形成し、この空間に大型ではあるがフィルムコンデンサ１０４のような安価な電子部品を配置することができる。

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吸入配管の設置自由度が大幅に向上すると共にインバータ冷却領域の拡大により安価な電子部品が採用できる。また、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部分断面図図１の圧縮機構部の平面図図１で示されるインバータケースの断面図図１で示されるインバータケースの平面図従来例１の電動圧縮機を示す図従来例２の電動圧縮機を示す図従来例３のインバータ一体型電動圧縮機を示す図図７で示される圧縮機の部分断面図図７で示されるインバータケースと圧縮機構部の展開図図７で示されるインバータケースの断面図図７で示されるインバータケースの平面図

符号の説明

２電動機
２ａリード線
３本体ケーシング
３ａ外部シール材
４圧縮機構部
４ａ段付き部
４ｂ内部シール材
８吸入配管取付部
１０吸入通路
１１固定ハネ
１１ａ吸入口
１２蓋体
１３吐出室
１４主軸受部材
１５連絡通路
１６吐出穴
７５ガイドフィン
８０トメワ
１０１モータ駆動回路部
１０２インバータケース
１０２ａ端部壁
１０４コンデンサ
１０５ＩＰＭ
１０６ターミナル
１０６ａクラスタ
１０７コネクタ
１１０突出部

Claims

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外部シール材を用いて外気に対し密閉した構造体であるとともに前記インバータケースの前記同一端面である内周側と前記圧縮機構部の外周に形成された段付部の間に内部シール材を設置して構成された内部の密閉空間に冷媒の吸入通路を設けてインバータ用部品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。
前記吸入カバー部の外側には外円周に沿って３本の電極が直線状に配置されたターミナルが配置されていることを特徴とする前記請求項１記載のインバータ一体型電動圧縮機。
前記インバータケースには前記圧縮機構部の方向に、一部に突出部が形成され、そのインバータ側にインバータ用部品を配置した構造である前記請求項１または２項記載のインバータ一体型電動圧縮機。