JP2017203443A - 電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】電動コンプレッサの圧縮機構や電動モータが収容される空間とは仕切られた別の空間に電力用スイッチング素子や回路基板と共に収容されるノイズ対策素子等を、その収容空間の開口を塞ぐ蓋体に、ハウジングの大型化を招くことなく支持させる。
【解決手段】キャップ１１ｅと一体成形された絶縁材１３に被覆されたノイズ対策素子９ｃ（トロイダルコイル、フェライトコア）の、プレスフィット端子で構成した各端子９ｄを、回路基板９ａに形成された対応する各スルーホール９ｅに圧入する。そして、絶縁材１３から外側に露出させたノイズ対策素子９ｃの各端子９ｄを、回路基板９ａの電力用スイッチング素子９ｂを実装した面とは反対側の面から、対応する各スルーホール９ｅに圧入して、電力用スイッチング素子９ｂを不図示の絶縁材を挟んで仕切板１１ｃに当接させつつ、キャップ１１ｅを回路収容部１１ｂの開口１１ｄに取り付けて開口１１ｄを塞ぐ。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒を圧縮する冷凍サイクル用のコンプレッサに係り、特に、電動モータを動力源とする電動コンプレッサに関する。

冷凍サイクルに用いるコンプレッサは、低温低圧の冷媒を吸入し、圧縮により高温高圧とした冷媒を吐出する。コンプレッサの中には、冷媒の圧縮機構の動力源として電動モータを有する電動コンプレッサがあり、電動コンプレッサでは、インバータにより電源からの直流電力を交流に変換して電動モータに供給する駆動回路が設けられる。

インバータは、電力用スイッチング素子や、電力用スイッチング素子のスイッチング時等に発生するノイズ対策用の素子等を有しており、回路基板に端子を半田付けして実装されている。電力用スイッチング素子には、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor 、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 、電界効果トランジスタ）が用いられ、ノイズ対策素子には、コンデンサやコイル等が用いられる。

電力用スイッチング素子やノイズ対策素子等を実装した回路基板は、電動コンプレッサのハウジング内の圧縮機構や電動モータを収容する空間とは仕切壁によって仕切られた別空間に収容され、ハウジングに固定される（例えば、特許文献１）。また、ノイズ対策素子として、フェライトコアを回路基板上に実装する場合もある（例えば、特許文献２）。

特開２０１４−１０９２５０号公報 特開平１−１９８１００号公報

上述した電動コンプレッサでは、電動コンプレッサを搭載した車両で発生する振動等による負荷が、電力用スイッチング素子やノイズ対策素子等を実装した回路基板に加わる。特に、重量が大きいフェライトコアを実装する場合は、振動によって回路基板に加わる負荷はより大きくなる。そこで、回路基板に実装したこれらの素子をハウジングによって支持させることが考えられる。

但し、ハウジングの圧縮機構や電動モータを収容する空間との仕切壁には、発熱性が高い電力用スイッチング素子が放熱のために当接されることが多いので、それに加えてノイズ対策素子等を仕切壁に支持させるとなると、それに足りるだけの面積を仕切壁に持たせる必要がある。

また、回路基板の仕切壁に対向する面に電力用スイッチング素子やノイズ対策素子等を全て実装しなければならないので、回路基板にもそれに足りる実装面積を持たせる必要がある。これらの必要性は、電動モータの回転軸の径方向においてハウジングが大型化する原因となる。

そこで、回路基板の電力用スイッチング素子の実装面とは反対側の面にノイズ対策素子等を実装し、それらの素子を、ノイズ対策素子等の実装面に対向する回路基板の収容空間の開口を塞ぐ蓋体に支持させることが考えられる。

このようにすれば、電力用スイッチング素子やノイズ対策素子等を回路基板の両面に分散して実装することができ、実装面毎に素子の支持部材を仕切壁と蓋体とに分けることができるので、回路基板や仕切壁の面積の拡大を防ぎ、ハウジングの大型化を避けることができる。

ところで、ノイズ対策素子等は、高電圧がかかる回路基板に対する絶縁性を確保するために絶縁材料で被覆する必要があるので、ノイズ対策素子等を蓋体に支持させる際には、ノイズ対策素子等を絶縁被覆と共にねじやボルト等の締結部材で蓋体に固定することが考えられる。その場合は、締結部材の回路基板に対する絶縁性も確保する必要があるので、電動モータの回転軸の軸方向において、回路基板から締結部材をある程度（絶縁距離分）離して配置する必要がある。

そうすると、電動モータの回転軸の径方向では、回路基板や仕切壁の面積拡大によるハウジングの大型化を回避できたとしても、電動モータの回転軸の軸方向では、回路基板と締結部材との間に間隔を設けることでハウジングが大型化する可能性があるので、ノイズ対策素子等を蓋体に支持させる構成を安易に採用するわけには行かない。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電動コンプレッサの圧縮機構や電動モータが収容される空間とは仕切られた別の空間に電力用スイッチング素子や回路基板と共に収容されるノイズ対策素子等を、その収容空間の開口を塞ぐ蓋体に、ハウジングの大型化を招くことなく支持させることができる電動コンプレッサを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一つの態様による電動コンプレッサは、
冷媒の圧縮機構を電動モータで駆動する電動コンプレッサにおいて、
前記圧縮機構及び電動モータが収容された本体ハウジングと、
前記電動モータの駆動回路が収容され、仕切壁によって前記本体ハウジングと仕切られた回路ハウジングと、
前記回路ハウジングに取り付けられて該回路ハウジングの開口を塞ぐ樹脂製の蓋体と、
前記電動モータの駆動回路を構成する複数の素子が実装され、前記回路ハウジングに収容された回路基板と、
前記複数の素子のうち一部の素子を被覆する樹脂製の絶縁被覆材とを備え、
前記蓋体と絶縁被覆材とが樹脂どうしの接合により結合されている。

本発明によれば、電動コンプレッサの圧縮機構や電動モータが収容される空間とは仕切られた別の空間に電力用スイッチング素子や回路基板と共に収容されるノイズ対策素子等を、その収容空間の開口を塞ぐ蓋体に、ハウジングの大型化を招くことなく支持させることができる。

一般的な電動コンプレッサの一部切欠正面図である。 （ａ）は図１の回路ハウジングに収容したインバータ回路のノイズ対策素子をインバータケースの蓋体に取り付ける構造の参考例を模式的に示す要部拡大断面図、（ｂ）は同じく本発明を適用した取り付け構造を模式的に示す要部拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサにおけるノイズ対策素子のキャップによる支持構造を模式的に示す要部拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電動コンプレッサにおけるノイズ対策素子のキャップによる支持構造を模式的に示す要部拡大断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る電動コンプレッサにおけるノイズ対策素子のキャップによる支持構造を模式的に示す要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用される一般的な構成の電動コンプレッサを示す正断面図である。

図１に示す電動コンプレッサ１は、圧縮機構３及び電動モータ５の他、これらが収容されるハウジング７（請求項中の本体ハウジングに相当）と、電動モータ５の駆動回路であるインバータ回路９（請求項中の駆動回路に相当）が収容されるインバータケース１１とを有している。電動コンプレッサ１で圧縮された冷媒は、電動コンプレッサ１から吐出されて冷凍サイクル１３を循環し、電動コンプレッサ１に戻って吸入される。

圧縮機構３は、一対のサイドブロック３ａ，３ｂと、これらによって挟持されたシリンダブロック３ｃと、シリンダブロック３ｃの内部に形成された楕円形のシリンダ室３ｄに収容した円柱状のロータ３ｅとを有している。ロータ３ｅの周面には、複数のベーン（図示せず）が出没可能に支持されている。

ロータ３ｅが電動モータ５によりシリンダ室３ｄ内で回転されると、ロータ３ｅの各ベーンがシリンダ室３ｄの内周面に倣って出没し、ロータ３ｅと隣り合う２つのベーンとシリンダ室３ｄとで構成される空間の容積が変化する。そして、空間の容積が増加する間に、サイドブロック３ａに形成した吸入口（図示せず）を通じて低圧の冷媒が吸入され、吸入された冷媒が、空間の容積の減少に伴い圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、サイドブロック３ｂに形成した吐出口（図示せず）から吐出される。

ハウジング７は、一端が閉塞された円筒状を呈している。このハウジング７には圧縮機構３が収容されており、収容された圧縮機構３によりハウジング７の内部は、サイドブロック３ｂが露出する閉塞側の密閉された吐出室７ａと、サイドブロック３ａが露出する開口側の吸入室７ｂとに仕切られている。吸入室７ｂには電動モータ５が収容されており、吸入室７ｂは、ハウジング７の開口７ｃに取り付けたインバータケース１１によって密閉されている。

インバータケース１１は、例えば、金属性の鋳造品により、ハウジング７の開口７ｃを塞いで吸入室７ｂを密閉する蓋部１１ａと、蓋部１１ａが密閉した吸入室７ｂ（ハウジング７）の外側に配置されてインバータ回路９が収容される回路収容部１１ｂ（請求項中の回路ハウジングに相当）とを、仕切壁１１ｃによって仕切って構成されている。また、インバータケース１１は、回路収容部１１ｂの開口１１ｄを塞ぐ金属製のキャップ１１ｅ（請求項中の蓋体に相当）も有している。

回路収容部１１ｂは、仕切壁１１ｃを底部とする有底の円筒状を呈しており、回路収容部１１ｂは、仕切壁１１ｃと対向する開口１１ｄに取り付けたキャップ１１ｅによって密閉される。

図２（ａ）は、回路収容部１１ｂ内の構成を模式的に示す要部拡大断面図である。なお、図２（ａ）では、図面の見やすさのため、回路収容部１１ｂの開口１１ｄが図中の上方を向くように、インバータケース１１の向きを９０゜変えて示している。

回路収容部１１ｂ内には、インバータ回路９の回路基板９ａが収容されている。回路基板９ａは、回路収容部１１ｂの仕切壁１１ｃから開口１１ｄに向けて複数立設された取付ボス１１ｆの先端にねじ止め固定されている。

回路基板９ａには、インバータ回路９を構成する電力用スイッチング素子９ｂや、電力用スイッチング素子９ｂのスイッチング時等に発生するノイズ対策用の素子（以下、「ノイズ対策素子」と称する。）９ｃ（請求項中の一部の端子に相当）等を有している。各素子９ｂ，９ｃは、回路基板９ａに端子を半田付けして実装されている。

電力用スイッチング素子９ｂには、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。電力用スイッチング素子９ｂは、発熱性が高いため、回路基板９ａの仕切壁１１ｃに対向する面に実装されて熱伝導性の高い絶縁材（図示せず）を挟んで仕切壁１１ｃに当接される。仕切壁１１ｃに当接された電力用スイッチング素子９ｂは、仕切壁１１ｃを挟んで隣接する吸入室７ｂの冷媒によって冷却される。

また、ノイズ対策素子９ｃには、コンデンサやコイル、フェライトコア等が用いられる。例えばフェライトコアのように、重量が高いノイズ対策素子９ｃに電動コンプレッサ１を搭載した不図示の車両の振動が伝わると、回路基板９ａやこれに対する端子の半田付け箇所等に大きな負荷が加わり、導通不良や断線、あるいは、回路基板９ａの損傷等につながりかねない。これを防ぐためには、ノイズ対策素子９ｃをインバータケース１１に支持させることが有効である。

ここで、仮に、放熱のために電力用スイッチング素子９ｂを当接させた仕切壁１１ｃにノイズ対策素子９ｃを支持させると、電力用スイッチング素子９ｂとノイズ対策素子９ｃを全て実装できる面積を回路基板９ａの仕切壁１１ｃ側の面に持たせる必要がある。また、これらの素子９ｂ，９ｃを当接又は支持するだけの面積を、仕切壁１１ｃに確保する必要がある。これらの必要性は、電動モータ５の回転軸方向と直交する径方向において、インバータケース１１が大型化する原因となる。

そこで、図２（ａ）に示すように、ノイズ対策素子９ｃを回路基板９ａの電力用スイッチング素子９ｂとは反対側の面に実装し、その面に対向するキャップ１１ｅに支持させることが考えられる。この場合は、高電圧がかかる回路基板９ａとノイズ対策素子９ｃとの間に隙間が生じるため、両者間の放電を防ぐためにノイズ対策素子９ｃを樹脂製の絶縁材１３で被覆し、絶縁材１３をキャップ１１ｅにねじやボルト等の締結部材１５で取り付けることになる。

その場合、絶縁材１３の表面に露出する金属性の締結部材１５の頭部とこれに対向する回路基板９ａとの間でも放電の発生を防ぐ必要があるので、電動モータの回転軸方向において、締結部材１５の頭部を回路基板９ａから絶縁距離以上離して配置し、回路基板９ａに対する締結部材１５の絶縁性を確保する必要がある。

そのため、図２（ａ）に示す構成では、回路収容部１１ｂの深さを十分に確保する必要があり、インバータケース１１が電動モータ５の回転軸方向において大型化してしまう。

そこで、本発明では、図２（ｂ）の断面図に模式的に示すように、回路収容部１１ｂの開口１１ｄを塞ぐキャップ１１ｅを樹脂製とし、キャップ１１ｅの回路収容部１１ｂ側の面に、ノイズ対策素子９ｃを被覆した樹脂製の絶縁材１３を接合することとした。

なお、キャップ１１ｅと絶縁材１３とは、個別に成形したキャップ１１ｅと絶縁材１３とを接着剤や熱溶着等によって接合してもよく、ノイズ対策素子９ｃをインサートしてキャップ１１ｅと絶縁材１３を一体にモールド成型してもよい。

以下、図２（ｂ）に模式的に示した本発明によるノイズ対策素子９ｃの支持構造の具体的な実施形態を、特に、ノイズ対策素子９ｃの端子９ｄを回路基板９ａに接続するための構造を中心にして、図３乃至図５を参照して説明する。

なお、図３乃至図５に示す各実施形態では、樹脂製のキャップ１１ｅと絶縁材１３とをモールド成形で一体に形成した場合について示している。また、図３乃至図５に示す各実施形態では、回路基板９ａに実装されて仕切板１１ｃに当接されている電力用スイッチング素子９ｂの図示を省略している。

まず、図３は、本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサにおけるノイズ対策素子のキャップによる支持構造を模式的に示す要部拡大断面図である。図３に示す実施形態では、ノイズ対策素子９ｃとして、絶縁材１３の断面上に位置するトロイダルコイル（図中左側）とフェライトコア（図中右側）の２つを図示している。

そして、キャップ１１ｅと一体成形された絶縁材１３に被覆されたノイズ対策素子９ｃの各端子９ｄを、回路基板９ａに形成された対応する各スルーホール９ｅに圧入して電気的接続を図るプレスフィット端子で構成している。

したがって、回路収容部１１ｂの開口１１ｄをキャップ１１ｅで塞ぐ際には、絶縁材１３から外側に露出させたノイズ対策素子９ｃの各端子９ｄを、回路基板９ａの電力用スイッチング素子９ｂを実装した面とは反対側の面から、対応する各スルーホール９ｅに圧入する。そして、キャップ１１ｅを回路収容部１１ｂの開口１１ｄに取り付けて、電力用スイッチング素子９ｂを不図示の絶縁材を挟んで仕切板１１ｃに当接させる。

次に、図４は、本発明の他の実施形態に係る電動コンプレッサにおけるノイズ対策素子のキャップによる支持構造を模式的に示す要部拡大断面図である。図４に示す実施形態でも、ノイズ対策素子９ｃとして、絶縁材１３の断面上に位置するトロイダルコイル（図中左側）とフェライトコア（図中右側）の２つを図示している。

そして、回路基板９ａの電力用スイッチング素子９ｂを実装した面とは反対側の面に、ノイズ対策素子９ｃの各端子９ｄの先端が圧入される複数の差込型メス端子９ｆを実装している。

したがって、回路収容部１１ｂの開口１１ｄをキャップ１１ｅで塞ぐ際には、仕切壁１１ｃから立設された取付ボス１１ｆの先端に回路基板９ａをねじ止め固定し、不図示の絶縁材を挟んで電力用スイッチング素子９ｂを仕切板１１ｃに当接させる。そして、絶縁材１３から外側に露出させたノイズ対策素子９ｃの各端子９ｄの先端を、回路基板９ａの対応する差込型メス端子９ｆに圧入させつつ、キャップ１１ｅを回路収容部１１ｂの開口１１ｄに取り付ける。

続いて、図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る電動コンプレッサにおけるノイズ対策素子のキャップによる支持構造を模式的に示す要部拡大断面図である。図５に示す実施形態では、ノイズ対策素子９ｃとして、絶縁材１３の断面上に位置するトロイダルコイルを図示している。

そして、回路基板９ａに端子１７ａを半田付けしたコネクタ１７を、絶縁性の樹脂材で形成した絶縁ブロック１９を用いて回路基板９ａの電力用スイッチング素子９ｂを実装した面に固定して、回路基板９ａの側方に配置している。なお、ノイズ対策素子９ｃの各端子９ｄの先端が圧入されるコネクタ１７の複数のメス端子（図示せず）は、絶縁ブロック１９の外側に露出して、回路収容部１１ｂの開口１１ｄに向けて配置されている。

したがって、回路収容部１１ｂの開口１１ｄをキャップ１１ｅで塞ぐ際には、図５中での図示を省略した取付ボス１１ｆや絶縁ブロック１９を用いて回路基板９ａを仕切板１１ｃに固定し、不図示の絶縁材を挟んで電力用スイッチング素子９ｂを仕切板１１ｃに当接させる。そして、絶縁材１３から外側に露出させたノイズ対策素子９ｃの各端子９ｄの先端を、コネクタ１７の対応するメス端子９ｆに圧入させつつ、キャップ１１ｅを回路収容部１１ｂの開口１１ｄに取り付ける。

以上に説明した図３乃至図５に示す各実施形態では、いずれも、ノイズ対策素子９ｃを被覆する絶縁材１３がインバータケース１１の樹脂製のキャップ１１ｅと一体成形されるので、ノイズ対策素子９ｃをキャップ１１ｅに支持させることができる。

そして、ノイズ対策素子９ｃをキャップ１１ｅに支持させるのに当たり、金属性の締結部材等を用いて絶縁材１３をキャップ１１ｅに固定する必要がないので、回路基板９ａとの間で放電が発生するのを心配することなく、ノイズ対策素子９ｃを支持したキャップ１１ｅを絶縁材１３が干渉しない範囲で回路基板９ａに近接して配置することができる。

よって、電力用スイッチング素子９ｂとノイズ対策素子９ｃとを回路基板９ａの別々の面に実装して電動モータ５の回転軸と直交する径方向におけるインバータケース１１の大型化を避けつつ、電動モータ５の回転軸方向におけるインバータケース１１の大型化を同時に回避することができる。

なお、以上の実施形態では、シリンダ室３ｄ内でロータ３ｅを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構３を有する電動コンプレッサ１に本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、圧縮機構や圧縮機構の回転体を回転させる電動モータの駆動回路を、圧縮機構や電動モータの収容空間と仕切板によって仕切られた空間に収容する電動コンプレッサに広く適用可能である。

本発明は、冷媒の圧縮機構を電動モータで駆動する電動コンプレッサにおいて利用することができる。

１ 電動コンプレッサ
３ 圧縮機構
３ａ，３ｂ サイドブロック
３ｃ シリンダブロック
３ｄ シリンダ室
３ｅ ロータ
５ 電動モータ
７ ハウジング（本体ハウジング）
７ａ 吐出室
７ｂ 吸入室
７ｃ 開口
９ インバータ回路（駆動回路）
９ａ 回路基板
９ｂ 電力用スイッチング素子
９ｃ ノイズ対策素子（一部の端子）
９ｄ ノイズ対策素子の端子
９ｅ スルーホール
９ｆ 差込型メス端子
１１ インバータケース
１１ａ ハウジングの蓋部
１１ｂ 回路収容部（回路ハウジング）
１１ｃ 仕切壁
１１ｄ 回路収容部の開口
１１ｅ 回路収容部のキャップ
１１ｆ 取付ボス
１３ 絶縁材
１５ 締結部材
１７ コネクタ
１７ａ コネクタの端子
１９ 絶縁ブロック

Claims (3)

1. 冷媒の圧縮機構（３）を電動モータ（５）で駆動する電動コンプレッサ（１）において、
   前記圧縮機構（３）及び電動モータ（５）が収容された本体ハウジング（７）と、
   前記電動モータ（５）の駆動回路（９）が収容され、仕切壁（１１ｃ）によって前記本体ハウジング（７）と仕切られた回路ハウジング（１１ｂ）と、
   前記回路ハウジング（１１ｂ）に取り付けられて該回路ハウジング（１１ｂ）の開口（１１ｄ）を塞ぐ樹脂製の蓋体（１１ｅ）と、
   前記電動モータ（５）の駆動回路（９）を構成する複数の素子（９ｂ，９ｃ）が実装され、前記回路ハウジング（１１ｂ）に収容された回路基板（９ａ）と、
   前記複数の素子（９ｂ，９ｃ）のうち一部の素子（９ｃ）を被覆する樹脂製の絶縁材（１３）とを備え、
   前記蓋体（１１ｅ）と絶縁材（１３）とが樹脂どうしの接合により結合されている、
   電動コンプレッサ（１）。
2. 前記蓋体（１１ｅ）と絶縁材（１３）とがモールド成型された一体の樹脂部材で構成されている請求項１記載の電動コンプレッサ（１）。
3. 前記一部の素子（９ｃ）は、前記駆動回路（９）のうち電力用スイッチング素子（９ｂ）を除くノイズ対策素子（９ｃ）である請求項１又は２記載の電動コンプレッサ（１）。

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