JP2015081539A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 インバータ一体型電動圧縮機において、ＩＧＢＴなどのパワースイッチングに対する冷却性能を確保しつつ、ハウジングの径方向の体格増大を抑制する。【解決手段】 ハウジング２は、圧縮機構と電動モータとを収容し吸入冷媒が通流する第１空間Ｓ１と、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６を含むインバータ５を収容する第２空間Ｓ２と、を仕切る仕切壁６を有する。仕切壁６は、第１空間Ｓ１側に向けて突出する膨出部２２を有する。ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６は、膨出部２２の内面２２ａ、２２ｂに熱的に接して配置される。【選択図】 図３

Description

本発明は、車両用空調装置などにおいて冷媒の圧縮に用いられ、インバータを含むモータ駆動回路を一体に備える電動圧縮機（インバータ一体型電動圧縮機）に関し、特にインバータを構成する複数のパワースイッチング素子の配置構造に関する。

車両用空調装置に使用される電動圧縮機では、バッテリからの直流電流をインバータにより交流電流に変換しつつ圧縮機構駆動用の電動モータへの給電を制御しており、インバータを含むモータ駆動回路を内蔵させている（特許文献１参照）。
従って、電動圧縮機のハウジング内には、圧縮機構及びモータを収容する第１空間と仕切壁により隔てられた第２空間が設けられ、この第２空間にインバータを含むモータ駆動回路が収容されている。

また、インバータは、電動モータへの電圧印加を制御する複数のパワースイッチング素子を含んで構成され、これらのパワースイッチング素子については発熱による温度上昇を抑制することが求められる。
このため、特許文献１では、複数のパワースイッチング素子を仕切壁の平面上に密着させて並べている。仕切壁により隔てられる第１空間には吸入冷媒が通流しているので、複数のパワースイッチング素子を仕切壁を介して吸入冷媒により冷却するためである。
尚、特許文献２、３には、仕切壁に第１空間側に突出する膨出部を設け、この膨出部の内部にコンデンサ、コイルなどの大型部品を収納するようにしたものが開示されているが、いずれにおいても、パワースイッチング素子は仕切壁の平面上に配置されている。

特開２０１０−２７５９５１号公報 特開２００９−２５０１７３号公報 特開２０１０−１２１４４９号公報

しかしながら、従来技術のように、複数のパワースイッチング素子を仕切壁の平面上に並べて配置する構成では、大きな設置面積が必要となり、また放熱しにくいモータシャフト部を避けたりする必要から、ハウジングの径方向の体格が大きくなり、小型化の制約になる。

本発明は、このような実状に鑑み、パワースイッチング素子の配置構造を工夫することにより、パワースイッチング素子に対する冷却性能を確保しつつ、圧縮機の径方向の体格増大を抑制することを課題とする。

本発明に係る電動圧縮機は、ハウジング内に、冷媒を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動モータと、この電動モータへの電圧印加を制御する複数のパワースイッチング素子を有するモータ駆動回路と、を備える。
前記ハウジングは、前記圧縮機構と前記電動モータとを収容し吸入冷媒が通流する第１空間と、前記モータ駆動回路を収容する第２空間と、を仕切る仕切壁を有する。
ここにおいて、前記仕切壁は、前記第１空間側に向けて突出する膨出部を有する。そして、前記複数のパワースイッチング素子は、前記膨出部の内面に熱的に接して配置される。

本発明によれば、複数のパワースイッチング素子をコンパクトに配置することが可能となり、圧縮機の径方向の体格増大を抑制することができる。
また、複数のパワースイッチング素子を第１空間側に突出する膨出部を介して第１空間内の吸入冷媒により効果的に冷却でき、冷却性能向上をも期待できる。

本発明の一実施形態に係る電動圧縮機の概略構成図 同上実施形態での電動圧縮機の回路構成図 同上実施形態でのインバータハウジング部の概略断面図 同上実施形態でのインバータハウジング部の概略平面図（図３のＡ−Ａ矢視図） 他の実施形態１を示すインバータハウジング部の概略平面図 他の実施形態２を示すインバータハウジング部の概略平面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る電動圧縮機の概略構成を示す。
本実施形態において、電動圧縮機１のハウジング２は、メインハウジング２Ａ、インバータハウジング２Ｂ、及び、蓋部材２Ｃ、２Ｄにより形成されている。これらは一体的に締結される。

メインハウジング２Ａ内には、冷媒を圧縮する圧縮機構３と、圧縮機構３を駆動する電動モータ４とが収容されている。これらは軸方向に直列に配置される。
インバータハウジング２Ｂ内には、モータ駆動回路としてインバータ５が収容されている。

ここで、インバータハウジング２Ｂは、円筒部とその一端側の底壁部とから構成され、底壁部は、メインハウジング２Ａ内とインバータハウジング２Ｂ内とを仕切る仕切壁６をなしている。インバータハウジング２Ｂの円筒部の他端側の開口部は蓋部材２Ｄによって閉止される。
従って、電動圧縮機１のハウジング２は、圧縮機構３と電動モータ４とを収納する第１空間Ｓ１と、インバータ５を収容する第２空間Ｓ２と、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを仕切る仕切壁６とを有している。

尚、メインハウジング２Ａの円筒部外壁には冷媒の吸入口（図示せず）が設けられ、この吸入口から吸入される冷媒は第１空間Ｓ１を通流した後、圧縮機構３内に吸入される。従って、第１空間Ｓ１内は吸入冷媒により冷却される。圧縮機構３にて圧縮された冷媒は、吐出口（図示せず）より吐出される。
また、モータ駆動回路としてのインバータ５からの給電線（図示せず）が電動モータ４に接続されるが、この給電線は仕切壁６を密閉端子（図示せず）を介して気液密に貫通している。

図２は本実施形態でのモータ駆動回路（インバータ）を含む電動圧縮機の回路構成図である。
モータ駆動回路としてのインバータ５は、平滑用のコンデンサ１１と、パワーモジュール１２と、パワーモジュール制御回路１３とを含んで構成される。

コンデンサ１１は、外部電源ＶＢからの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をパワーモジュール１２へ供給する。

パワーモジュール１２は、パワースイッチング素子として用いた絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下「ＩＧＢＴ」という；ＩＧＢＴ＝Insulated Gate Bipolar Transistor ）Ｑ１〜Ｑ６と、ダイオードＤ１〜Ｄ６とを含んで構成される。
パワーモジュール１２について更に詳しく説明すると、パワーモジュール１２は、ＰＷＭ制御（擬似的に正弦波を得るために一定周期でパルス幅を変調した電圧を発生させる制御）により、コンデンサ１１からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ４に供給するもので、コンデンサ１１の電源ラインと接地ラインとの間に、並列に、Ｕ相アームと、Ｖ相アームと、Ｗ相アームとを備える。
Ｕ相アームは、コンデンサ１１の電源ラインと接地ラインとの間に直列に、２つのＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２を備え、各ＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２にダイオードＤ１、Ｄ２がそれぞれ逆並列に接続される。
Ｖ相アームも、コンデンサ１１の電源ラインと接地ラインとの間に直列に、２つのＩＧＢＴ・Ｑ３、Ｑ４を備え、各ＩＧＢＴ・Ｑ３、Ｑ４にダイオードＤ３、Ｄ４がそれぞれ逆並列に接続される。
Ｗ相アームも、コンデンサ１１の電源ラインと接地ラインとの間に直列に、２つのＩＧＢＴ・Ｑ５、Ｑ６を備え、各ＩＧＢＴ・Ｑ５、Ｑ６にダイオードＤ５、Ｄ６がそれぞれ逆並列に接続される。
Ｕ、Ｖ、Ｗ各相アームの中間点は、モータ４の各一端においてスター結線されたＵ、Ｖ、Ｗ各相コイルの他端に接続される。すなわち、ＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２の中間点がＵ相コイルに接続され、ＩＧＢＴ・Ｑ３、Ｑ４の中間点がＶ相コイルに接続され、ＩＧＢＴ・Ｑ５、Ｑ６の中間点がＷ相コイルに接続される。
従って、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相への正弦波電圧に合わせて、各相アームの電源側のＩＧＢＴのＯＮ期間と接地側のＩＧＢＴのＯＮ期間との比率を制御することにより、擬似的な交流電圧を得て、モータ４を駆動することができる。

パワーモジュール制御回路１３は、外部の空調制御装置からの制御信号（Ａ／Ｃ）に基づいて、モータ４、従って圧縮機を駆動すべく、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６を制御する。

図３は本実施形態でのインバータハウジング部の概略断面図、図４はインバータハウジング部の概略平面図（図３のＡ−Ａ矢視図）である。これらの図を参照して、本実施形態でのＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６の配置構造について説明する。

本実施形態では、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６を配置するため、インバータハウジング２Ｂの底壁部である仕切壁６に、第１空間Ｓ１（メインハウジング２Ａ）側に膨出する膨出部２２を形成してある。
また、膨出部２２の形成に先立って、仕切壁６の膨出部２２形成部の周囲に第２空間Ｓ２側に膨出する膨出部２１を形成してある。このように、仕切壁６の一部を一旦第２空間Ｓ２側へ膨出させ、その中央部を第１空間Ｓ１側に膨出させることで、膨出部２２の膨出方向の長さを充分に確保するも、第１空間Ｓ１のスペースが狭くなるのを抑制している。
また、本実施形態での膨出部２２は横長の略矩形形状で、インバータハウジング２Ｂの周方向に長く形成されている。

ここにおいて、６個のＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６は、膨出部２２の内面、すなわち、第１空間Ｓ１側に突出する膨出部２２により第２空間Ｓ２側に形成される凹部の内面に、熱的に接して配置される。
より詳しくは、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６は、２つずつペアにして、膨出部２２の互いに対向する内面２２ａ、２２ｂに、互いに対向させて配置する。
ペアにするのは、図２で同じアームのＩＧＢＴであり、Ｕ相アームのＱ１とＱ２とをペアにし、Ｖ相アームのＱ３とＱ４とをペアにし、Ｗ相アームのＱ５とＱ６とをペアにする。
従って、膨出部２２の互いに対向する横長の内面の一方（２２ａ）に、ＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５が配置され、他方（２２ｂ）に、ＩＧＢＴ・Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６が配置される。よって、６個のＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６は、対向する内面２２ａ、２２ｂに沿って２列に配置される。

また、対向するＩＧＢＴの間には、これらのＩＧＢＴを内面２２ａ、２２ｂ側に押付ける押圧固定具２３を配置する。すなわち、ＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５の列と、ＩＧＢＴ・Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の列との間に、これらと同じ方向に延びる押圧固定具２３を設け、押圧金具２３の両端部を膨出部２１の端面上に固定する。
押圧固定具２３の中間部には、バネ性を有してＩＧＢＴのパッケージ表面に当接する押圧部２３ａ、２３ｂを有している。

尚、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６はパッケージの頭部側から膨出部２１内側の凹部に突入し、端子部が当該凹部より突出し、第２空間Ｓ２内の配置されてインバータ５を構成する回路基板２４に接続される。

本実施形態では、また、メインハウジング２Ａの円筒部外壁に設けられる冷媒吸入口２５は、膨出部２２の近傍に配置される。従って、冷媒吸入口２５は、第１空間Ｓ１内へ吸入される冷媒の少なくとも一部が膨出部２２の外面に向かうように構成されている。尚、冷媒吸入口２５から吸入される冷媒の一部を膨出部２２側へ誘導・案内するガイド部材を設けてもよい。

次に本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを仕切る仕切壁６に第１空間Ｓ１側に突出する膨出部２２を設け、この膨出部２２の内面に、複数のＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６を熱的に接して配置することにより、複数のＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６をコンパクトに配置することができ、インバータハウジング２Ｂの径方向の体格増大を抑制することができる。
すなわち、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６をインバータハウジング２Ｂの軸方向に沿わせて配置することができ、また、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６のパッケージ厚さ方向をインバータハウジング２Ｂの径方向とすることができる。よって、インバータハウジング２Ｂの径方向の体格増大を抑制することができる。

また、複数のＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６を第１空間Ｓ１側に突出する膨出部２２を介して第１空間Ｓ１内の吸入冷媒により効果的に冷却することができ、冷却（放熱）性能向上をも期待できる。
また、仕切壁６が凹凸形状となり、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６を含むインバータ５が収容される第２空間側から冷媒が通流する第１空間側への放熱面積が増大する。これもインバータ５の性能改善に寄与できる。

また、本実施形態によれば、複数のＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６は、２つずつペアにして、膨出部２２の互いに対向する内面２２ａ、２２ｂに、互いに対向させて配置することにより、同じアームのＩＧＢＴ（例えばＱ１とＱ２）を近接させて配置でき、回路構成が容易となる。

また、本実施形態によれば、対向するＩＧＢＴ（例えばＱ１とＱ２）の間に、これらのＩＧＢＴを膨出部２２の内面に押付ける押圧固定具２３を配置することにより、密着性が高まり、放熱性能をより向上させることができる。また、１つの押圧固定具２３で、複数のＩＧＢＴを固定でき、部品点数及び部品コストの低減を図ることができる。

また、本実施形態によれば、膨出部２２は１つ設けられ、１つの膨出部２２に複数のＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６の全てが配置される構成とすることにより、複数のＩＧＢＴをまとめてコンパクトに配置できる。

また、本実施形態によれば、膨出部２２は互いに対向する内面が横長に形成され、複数のＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６は、前記対向する内面に沿って２列に配置される構成とすることにより、複数のＩＧＢＴをコンパクトに、また回路構成容易に配置できる。

また、本実施形態によれば、メインハウジング２Ａに設けられる冷媒吸入口２５は、第１空間Ｓ１内へ吸入される冷媒の少なくとも一部が膨出部２２の外面に向かうように構成されることにより、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６に対する冷却性能をより向上させることができる。

次に本発明の他の実施形態について図５及び図６により説明する。
図５は他の実施形態１を示すインバータハウジング部の概略平面図である。
図５の実施形態では、３つの膨出部２２−１、２２−２、２２−３が設けられ、各々の膨出部（該膨出部により形成される凹部）にＩＧＢＴが２つずつ配置される。
すなわち、膨出部２２−１の互いに対向する内面に、Ｕ相のＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２が配置される。また、膨出部２２−２の互いに対向する内面に、Ｖ相のＩＧＢＴ・Ｑ３、Ｑ４が配置される。また、膨出部２２−３の互いに対向する内面に、Ｗ相のＩＧＢＴ・Ｑ５、Ｑ６が配置される。

そして、図５の実施形態では、膨出部２２−１、２２−２、２２−３は、インバータハウジング２Ｂの周方向に直列に並べてある。
この場合、メインハウジング２Ａ側では冷媒吸入口２５から吸入される冷媒が図５の点線矢印のように分流して、膨出部２２−１、２２−２、２２−３の両外面に沿って流れ、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６からの放熱を促進する。
尚、膨出部２２−１〜２２−３は一体的に連ねて形成し、膨出部により形成される凹部を複数独立させて形成してもよい。

図６は他の実施形態２を示すインバータハウジング部の概略平面図である。
図６の実施形態では、図５の実施形態と同様、３つの膨出部２２−１、２２−２、２２−３が設けられ、各々の膨出部（該膨出部により形成される凹部）にＩＧＢＴが２つずつ配置される。
すなわち、膨出部２２−１の互いに対向する内面に、Ｕ相のＩＧＢＴ・Ｑ１、Ｑ２が配置される。また、膨出部２２−２の互いに対向する内面に、Ｖ相のＩＧＢＴ・Ｑ３、Ｑ４が配置される。また、膨出部２２−３の互いに対向する内面に、Ｗ相のＩＧＢＴ・Ｑ５、Ｑ６が配置される。

そして、図６の実施形態では、膨出部２２−１、２２−２、２２−３は、並列に配置してある。
この場合、メインハウジング２Ａ側では冷媒吸入口２５から吸入される冷媒が図６の点線矢印のように分流して、各膨出部２２−１、２２−２、２２−３の間を流れ、ＩＧＢＴ・Ｑ１〜Ｑ６からの放熱を促進する。

これら図５、図６の実施形態のように、膨出部２２は複数設けられ、各々の膨出部にＩＧＢＴが２つずつ配置される構成とすることにより、放熱面積を増加させて、放熱をより促進することができる。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ 電動圧縮機
２ ハウジング
２Ａ メインハウジング
２Ｂ インバータハウジング
２Ｃ、２Ｄ 蓋部材
３ 圧縮機構
４ 電動モータ
５ モータ駆動回路としてのインバータ
６ 仕切壁
１１ コンデンサ
１２ パワーモジュール
Ｑ１〜Ｑ６：スイッチング素子としてのＩＧＢＴ
Ｄ１〜Ｄ６：ダイオード
１３ パワーモジュール制御回路
２１ 膨出部
２２、２２−１、２２−２、２２−３ 膨出部
２２ａ、２２ｂ 内面
２３ 押圧固定具
２３ａ、２３ｂ 押圧部
２４ 回路基板
２５ 冷媒吸入口

Claims (7)

1. ハウジング内に、冷媒を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動モータと、この電動モータへの電圧印加を制御する複数のパワースイッチング素子を有するモータ駆動回路と、を備え、
   前記ハウジングは、前記圧縮機構と前記電動モータとを収容し吸入冷媒が通流する第１空間と、前記モータ駆動回路を収容する第２空間と、を仕切る仕切壁を有する、電動圧縮機であって、
   前記仕切壁は、前記第１空間側に向けて突出する膨出部を有し、
   前記複数のパワースイッチング素子は、前記膨出部の内面に熱的に接して配置されることを特徴とする、電動圧縮機。
2. 前記複数のパワースイッチング素子は、２つずつペアにして、前記膨出部の互いに対向する内面に、互いに対向させて配置したことを特徴とする、請求項１記載の電動圧縮機。
3. 前記対向するパワースイッチング素子の間に、これらのパワースイッチング素子を前記内面に押付ける押圧固定具を配置したことを特徴とする、請求項２記載の電動圧縮機。
4. 前記膨出部は１つ設けられ、１つの膨出部に前記複数のパワースイッチング素子の全てが配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電動圧縮機。
5. 前記膨出部は互いに対向する内面が横長に形成され、前記複数のパワースイッチング素子は、前記対向する内面に沿って２列に配置されることを特徴とする、請求項４記載の電動圧縮機。
6. 前記膨出部は複数設けられ、各々の膨出部に前記パワースイッチング素子が２つずつ配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電動圧縮機。
7. 前記ハウジングに設けられる冷媒吸入口は、前記第１空間内へ吸入される冷媒の少なくとも一部が前記膨出部の外面に向かうように構成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の電動圧縮機。