JP2011089515A - インバータ一体型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタが突出して装備されたインバータケースにおいて、設置自由度が高く、冷媒冷却性に優れたインバータ一体型電動圧縮機を提供すること。
【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て密閉され、いずれか一方の端部に吸入通路が形成され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、前記インバータケースは前記吸入通路が形成された本体ケーシングと軸方向に少なくとも一部が密接されて固定されることで、充分なインバータ冷却が可能となる。
【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、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、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 特開２００７−２９２０４４号公報

特許文献１に記載の構造（図１３）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（図１４）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侵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やインバータカバーへの輻射熱の侵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、組立調整や軸芯だし、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１５、１６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１５は従来のインバータ一体型圧縮機の部分断面図であり、本来横型であるが、縦型にして表している。本体ケーシング１に圧縮機構部４が組み込まれ、インバータケース１０２により閉塞されている。図１６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、端部壁１０２ａの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（図示せず）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。一方、圧縮機ターミナル１０６のインバータ側は回路基板１０１に半田付け等により直接接続されている。

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。

この構造では、インバータケース１０２に吸入配管接続部８とインバータに高電圧等を導入する高電圧コネクタ１０７が設置される構造に起因して、車両に応じて吸入配管接続部８の位置と高電圧コネクタ１０７の位置が都度変化する場合、そのたびにインバータケース１０２を始め、インバータケース１０２内の回路基板１０１の設計を変更せねばならず設計の工数が多大になる欠点を有している。また、コンプレッサ本体を製造し、インバータケース１０２を合体組立する為、製造場所が離れる場合、単独で密閉できないコンプレッサ本体の運搬、保管において、現在の構造はゴミ、水分の浸入や、さびの発生など製造上の欠点を有している。

本発明の目的は、インバータの回路基板１０１やインバータケース１０２を共通化により効率的に設計できる構造にし、吸入配管接続部８の設計自由度を向上させ、コンプレッサ本体の製造上の欠点を解決する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て密閉され、吸入通路がいずれか一方の端部に形成された本体ケーシングと、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、前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングの端面には一部が密接してインバータケースが設けられた構成とすることで、インバータの設置壁の裏面が吸入通路が形成された側の本体ケーシングを介して吸入冷媒によって冷却される。

また、少なくとも１個のコネクタがインバータケースから突出して設けられた構造とした場合には、インバータケースのコネクタの回転方向の位置を変更させるためには前記インバータコネクタの本体ケーシングに対する回転方向の位置を共通のインバータケースや
回路基板のままで前記リード線の長さを変えるだけ良く、自由にインバータケースが回転設置可能となり、設計自由度が向上する。

前記吸入配管設置部を有し、吸入通路が形成された本体ケーシングに対しインバータケースを密接設置することで、充分なインバータ冷却が可能となる。

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で示される吸入カバーの断面図 図１で示されるインバータケースの平面図 インバータケースの配置例１を示す図 インバータケースの配置例２を示す図 インバータケースと吸入カバーの設置例１を示す図 インバータケースと吸入カバーの設置例２を示す図 インバータケースと吸入カバーの設置例３を示す図 図９で示されるインバータケースの平面図の実施例１を示す図 図９で示されるインバータケースの平面図の実施例２を示す図 本発明の実施の形態２における電動圧縮機の部分断面図 従来例１のインバータ一体型電動圧縮機を示す図 従来例２のインバータ一体型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の部分断面図 従来例３の分解構造図

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、いずれか一方の端部に吸入通路が形成された本体ケーシングと、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、吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングに一部を密接させ前記インバータケースを設置してインバータの設置壁の裏面を前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングを介して冷却するインバータ一体型電動圧縮機を提案している。この構成により、吸入通路が形成された本体ケーシングに対しインバータケースを密接設置することで、充分なインバータ冷却が可能になるとなる。

第２の発明は前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングの端面には半径方向に突出した吸入配管接続部が設置されるとともに、軸方向端面には圧縮機ターミナルの端子が突出するように配置され、インバータケース内の回路基板は前記回路基板のリード線を介して前記圧縮機ターミナルと結合される形態としている。これによって、充分なインバータ冷却が可能になり、また、組立てもしやすくなる。

第３の発明は前記インバータケースには外部から高電圧を導入する高電圧コネクタ、通信用の通信コネクタ、低電圧コネクタの少なくとも１つが配置され、前記インバータケースは前記吸入カバーに対し任意の位置に回転させて設置可能な構造としたものである。この構成により、レイアウトニーズに応じ回転自在に配置できる。

第４の発明は、前記インバータケースの中央部に設置された前記回路基板に、前記インバータケースの外周部に設置された、前記高電圧コネクタ、通信コネクタ、低電圧コネクタの少なくとも１つが連結ハーネスを介して結合されるとしたものである。これにより、コネクタと回路基板の位置関係に応じた設計自由度が向上する。

第５の発明は、前記インバータケースと前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングを金属材料とし両部材の近接面において中央部は良好な平面で密接させる一方、外周部の少なくとも一部には断熱性材料または隙間が設置されて密接固定されたインバータ一体型電動圧縮機である。これにより、インバータの冷却を行うとともに、圧縮機構部に対しては断熱を行うことができる。

第６の発明は、前記インバータケースと前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングを金属材料とし両部材の近接面において中央部には熱伝導性材料を介在させ、外周部の少なくとも一部には断熱性材料または隙間が設置されて密接固定されたインバータ一体型電動圧縮機としている。これにより、インバータの冷却を行うとともに、圧縮機構部に対しては断熱を行うことができる。

第７の発明は、前記インバータケースの中央部材は少なくとも一部が外周部材と分離され、前記インバータケースの対向する天面に連結柱を介し前期吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングに近接して固定される一方、前記インバータケースの外周部材は断熱性材料が設置されて前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングに密接固定された構成としたものである。これにより、インバータの冷却を行うとともに、圧縮機構部に対しては断熱を行うことができる。

第８の発明は、前記インバータケースの中央部材は外周部材と分離され、前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングに単独で固定される一方、前記インバータケースの外周部材は断熱性材料が設置されて前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングに密接固定された構成としたものである。これにより、インバータの冷却を行うとともに、圧縮機構部に対しては断熱を行うことができる。

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１内に電動機２を内蔵し、この本体ケーシング１に嵌入または圧入される圧縮機構部４を駆動する。前記本体ケーシング１は圧縮機構部４側で本体ケーシング１を構成する吸入カバー５により閉塞される。

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用の回路基板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２を内蔵する本体ケーシング１と、電動機２を駆動するモータ駆動回路部を有する回路基板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１に収容され、前記吸入カバー５の内周端面と前記本体ケーシング１の内面段付き部によって挟持して固定されると共に前記本体ケーシング１の端面と前記吸入カバー５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され、前記吸入カバー５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、前記吸入カバーを介して前記インバータケース１０２に内蔵されたＩＰＭ等のインバータ部品の設置壁を冷却する。

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１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２側に通じている。

図２の吸入カバー５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を冷却することにより、密接して装着されたインバータケース１０２の背面に搭載されているＩＰＭ１０５等の発熱体と熱交換を行う。その後、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は吸入カバーの吸入通路１０に連通可能な領域に設置されるが、図３に示すようにスクロールの駆動軸の回転方向には矢印で示した範囲となる。また、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１５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、吸入カバー５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、圧縮機ターミナル１０６に内側から差込固定される。

図３は吸入カバー５の平面図であり、吸入配管取付部８の配置可能範囲が広いことがわかる。

図４はインバータケース１０２の断面図である。モータ駆動回路部は、インバータケース１０２内に回路基板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を有する回路基板１０１には外部から電力を導入する高電圧コネクタ１０７が接続設置されている。また、前記吸入カバー５に設置された圧縮機ターミナル１０６と接続させるため、回路基板１０１のリード線引き出し部１０１ａから伸びたリード線１０８を介し圧縮機ターミナル１０６との接続用のインバータクラスタ１０９が装備されている。

図５および図６は、インバータケースへの各部への取り付け形態を表す平面図であり、前記高電圧コネクタが図中の右下に配置された場合と、図中上部に高電圧コネクタ１０７が移動した場合についてそれぞれ示している。

圧縮機ターミナル１０６の位置が固定された状態では、インバータケース１０２を１２０度反時計周りに回転させて、前記インバータクラスタ１０９のリード線１０８を延長することにより、回路基板１０１の形状やパターン配線を変更させることなく、インバータクラスタ１０９を前記圧縮機ターミナル１０６に設置可能となる。

前記インバータケース１０２には外部から高電圧を導入する高電圧コネクタについて説明したが、高電圧コネクタに限られず、通信用の通信コネクタ、１２Ｖ用の低電圧コネクタの少なくとも１つが配置される場合についても同様に構成できることは言うまでも無い。

次に前記吸入カバー５とインバータケース１０２の密接結合について説明する。

前述したように、インバータケース１０２内のＩＰＭ１０５等の発熱体を冷却する為に吸入冷媒を用い冷却する為には両方の部品を良好な熱伝導体にするとともに両部品間の熱伝導抵抗を下げることは重要である。

図７に示したように本発明ではインバータケース１０２と前記吸入カバー５の近接面において、前記発熱体が設置される少なくとも中央部は良好な平面１１０（高平面度、低表面粗度）の熱伝導性に優れた金属材料として密接させる一方、吐出ガスにより加熱される本体ケーシングの近傍または圧縮機ターミナルが設置される外周部の少なくとも一部には断熱性材料１１１または隙間１１２を設置して密接固定された構造を提案する。

また、別の手段として前記インバータケース１０２と前記吸入カバー５の近接面において中央部には熱伝導性材料１１３（例えば熱伝導性グリス、高熱伝導グラファイトシート等）を介在させる一方、外周部の少なくとも一部には断熱性材料１１１または隙間１１２が設置されて密接固定された構造としても良い。

また、図８に示すように吸入カバー５の中央部に近接してヒートシンク機能を持つ中央部材１２０を設け、インバータケース１０２の外周部の外周部材は前記吸入カバー５の外周部と断熱性材料１１１を介し密接する形態とし、前記中央部材１２０はインバータケース１０２の外周部材とは少なくとも一部が分離されるが対向する天板から中央部材１２０に複数本設置された連結棒１２１で連結された構造としても良い。

さらに、図９では吸入カバー５の中央部に密接してヒートシンク機能を持つ中央部材１２０を設け、インバータケース１０２の外周部の外周部材は前記吸入カバー５の外周部と断熱性材料１１１を介し密接する形態とし、前記中央部材１２０は前記吸入カバー５に単独で連結ボルト１２２により連結された構造としている。

この場合、インバータケース１０２の回転設置の自由度を保証するための構造として、インバータ基板と前記インバータケース１０２に設置された高電圧コネクタ、通信コネクタ、低電圧コネクタとの接続には新たに連結ハーネス１２３を設置すればよい。

図１０、１１は同一基板に対して前記コネクタ類の位置が変化した場合の連結ハーネスの実施例について表している。

以上、のように本実施の形態では、前記吸入配管設置部を有し、吸入通路が形成された本体ケーシングに対しインバータケースを密接設置することで、充分なインバータ冷却が可能なとなる。また、レイアウトニーズに応じ回転自在に配置できるようにしてインバータケースや回路基板の共通化を推進することにより吸入配管の配置、高電圧コネクタ等の設置自由度が増加するとともに、インバータケースや回路基板の設計効率が大幅に向上し、かつ、コンプレッサ本体の運搬、保管面での製造上の欠点も解消するインバータ一体型圧縮機が得られる。

（実施の形態２）
図１２には本体ケーシング１内の圧力が低圧のいわゆる低圧型電動圧縮機の場合の構成例について示している。

本体ケーシング１には電動機２と圧縮機構部（図省略）が配置されているが、電動機２は吸入室に隣接した構造であり、冷媒ガスは本体ケーシング１の吸入配管取付部８から流入し、電動機２を冷却してから圧縮機構部４（図省略）に導入される。

この場合でも、実施の形態１に示す構成を適用して、インバータケース１０２を本体ケーシング１に対し回転自在な構造にすることができる。

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ケースの高電圧コネクタの位置を設計変更することなくインバータケースごと回転させることにより自在に対応できる為、設計効率が飛躍的に向上する。また、インバータケースを除く圧縮機本体ケーシングを吸入カバーにより閉塞することにより、製造後の運搬や保管・管理上極めて有用な構成にできるなど多くの利点があり、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。

１ 本体ケーシング（胴部）
２ 電動機
２ａ リード線
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
５ 本体ケーシング（吸入カバー）
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 回路基板
１０１ａ リード線引出し部
１０２ インバータケース
１０２ａ 端部壁
１０４ コンデンサ
１０５ ＩＰＭ
１０６ 圧縮機ターミナル
１０６ａ クラスタ
１０７ 高電圧コネクタ
１０８ リード線
１０９ インバータクラスタ
１１０ 平面
１１１ 断熱性材料
１１２ 隙間
１１３ 熱伝導性材料
１２０ 中央部材
１２１ 連結柱
１２２ 固定ボルト
１２３ 連結ハーネス

Claims (8)

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と、
   前記圧縮機構部と前記電動機を内蔵して密閉され、いずれか一方の端部に吸入通路が形成され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、を備え、
   前記インバータケースは前記吸入通路が形成された側の前記本体ケーシングと軸方向に少なくとも一部が密接されて固定されたインバータ一体型電動圧縮機。
2. 前記吸入通路が形成された前記本体ケーシングの側面には半径方向に突出した吸入配管接続部が設置されるとともに、軸方向端面には圧縮機ターミナルの電極端子が突出するように配置され、前記インバータケース内の回路基板は前記回路基板のリード線を介し前記圧縮機ターミナルと結合される請求項１記載のインバータ一体型電動圧縮機。
3. 前記インバータケースには外部から高電圧を導入する高電圧コネクタ、通信コネクタ、低電圧コネクタの少なくとも１つが配置され、前記インバータケースは前記本体ケーシングに対し任意の位置に回転して設置可能な構造である請求項１または２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の中央部に設置された前記回路基板に、前記インバータケースの外周部に設置された、前記高電圧コネクタ、通信コネクタ、低電圧コネクタの少なくとも１つが連結ハーネスを介して結合された請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
5. 前記インバータケースと前記吸入通路が形成された側の本体ケーシング両部材の近接面において、少なくとも前記インバータケースの中央部は金属材料とし良好な平面で密接させる一方、外周部の少なくとも一部には断熱性材料または隙間が設置されて密接固定された前記請求項１〜４項のいずれか１項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
6. 前記インバータケースと前記吸入通路が形成された側の本体ケーシング両部材の近接面において、少なくとも前記インバータケースの中央部は金属材料とし熱伝導性材料を介在させる一方、外周部の少なくとも一部には断熱性材料または隙間が設置されて密接固定された前記請求項１〜４項のいずれか１項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
7. 前記インバータケースの中央部は少なくとも一部が外周部と分離されるとともに、前記インバータケースの対向する天面と連結柱を介し前記本体ケーシングに近接して固定され、かつ、前記インバータケースの外周部材は断熱性材料が設置されて前記本体ケーシングに密接固定された前記請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
8. 前記インバータケースの中央部は外周部と分離されるとともに前記本体ケーシングに固定され、かつ、前記インバータケースの外周部材は断熱性材料を設置して前記本体ケーシングに密接固定された前記請求項１〜４項記載のインバータ一体型電動圧縮機。