JP4583994B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明はスクロール型流体機械に係わり、特に電動モータを駆動源とした冷凍回路の圧縮機として好適したスクロール型流体機械に関する。

スクロール型流体機械は一般的に圧縮機として使用され、この種の圧縮機の中にはそのスクロールユニットの駆動源として電動モータを備えたものがあり（例えば、特許文献１，２）。これら特許文献１，２の圧縮機は何れも冷凍回路内を循環する冷媒を圧縮し、そして、圧縮機に戻される冷媒は電動モータの冷却にも使用される。即ち、特許文献１，２の圧縮機の場合、圧縮機に戻される冷媒は電動モータのモータハウジングに流入し、モータハウジングからスクロールユニット側の冷媒の吸入室に導かれるようになっている。

一方、特許文献１，２のスクロール圧縮機は何れも、電動モータの回転を制御するためのインバータ回路を備えており、これらインバータ回路はモータハウジングの外側に設けたカバー又はケーシング内に配置されている。
より詳しくは、インバータ回路を構成する部品のうち、発熱量が大であるパワートランジスタやコンデンサ等の発熱量が大となる発熱部品は、モータハウジングの外周面に形成した溝（特許文献１）や、その外周面に熱伝導シート（特許文献２）を介して側に取付けられている。それ故、発熱部品からの熱がモータハウジングの外周壁を介してモータハウジング内の冷媒中に放熱され、これにより、発熱部品の発熱量を抑制できるものと考えられる。
特開2003-222078号公報 特開2003-262187号公報

しかしながら、特許文献１，２のスクロール圧縮機は何れも、発熱部品から熱がモータハウジングの外周壁を通じて冷媒に放熱するものであるので、冷媒による冷却効果は薄い。
このため、特許文献１，２のインバータ回路は発熱部品自体の放熱能力、つまり、その表面積を増大させるため、発熱部品に大形のものを使用せねばならず、インバータ回路に要求される設置スペース、即ち、回路筐体全体が大形化してし、圧縮機の小形化を図ることができない。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、インバータ回路に小形の発熱部品を使用でき、その全体の小形化を図ることができるスクロール型流体機械を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のスクロール型流体機械は、作動流体の吸入口及び吐出口をそれぞれ有した円筒形状のハウジングと、このハウジング内に収容され、回転軸を有する電動子と、ハウジング内に電動子の回転軸に連結された状態で収容され、回転軸により駆動されたとき、作動流体の吸入から吐出までの一連のプロセスを実行するスクロールユニットと、ハウジング内に確保され、吸入口から流入した作動流体を電動子及びスクロールユニットの順に通過させ、この後、前記吐出口に導く流体経路とを具備し、作動流体である冷媒を圧縮する冷凍回路の圧縮機として使用されるスクロール型流体機械において、
ハウジングの外側に設けられ、吸入口に連なるスペースを確保し且つ前記スペースへの作動流体の流入孔を有したカバー部材と、スペースに配置され、電動子の回転を制御するインバータ回路とを更に備え、
カバー部材は、吸入口側のハウジングの端部を囲繞する有底角筒状の回路筐体であり、
スペースは回路筐体の角部とハウジングの外周面との間及び回路筐体の内底面とハウジングの端面との間にそれぞれ確保され、
インバータ回路及び電動子は、回路筐体がハウジングに外側から嵌め合わされたとき、インバータ回路及び電動子を互いに電気的に接続する雌雄のコネクタをそれぞれ含んでいる（請求項１）。

上述したスクロール型流体機械によれば、インバータ回路が配置されるスペースには流入孔を通じて作動流体である低温の冷媒が流入し、この冷媒がスペース内を流れるから、インバータ回路の発熱部品は冷媒に晒される。従って、発熱部品からの熱は冷媒に直接に放熱され、発熱部品の発熱が抑制される。

また、冷媒はスペースから流体経路に沿って流れることで、電動子を通過し、電動子もまた冷却する。更に、上述の雌雄のコネクタはハウジングに対する回路筐体の取付けと同時に、インバータ回路と電動子との間の電気的な接続を達成する。
好ましくは、インバータ回路は、スペースに分散して配置された回路部品を含むことができる（請求項２）。

また、回路部品は回路筐体の内面に取付けられ（請求項３）、そして、インバータ回路は、ハウジングの一端面及び回路筐体の内底面の少なくとも一方に取付けられた回路部品のための基板を含んでいるのが好ましい（請求項４）。

請求項１〜４のスクロール型流体機械は作動流体（低温の冷媒）が流入するスペース内にインバータ回路を配置してあるので、インバータ回路の発熱部品からの熱を作動流体に直接に放出でき、発熱部品の発熱量を効果的に抑制することができるばかりでなく、作動流体により電動子の冷却可能である。それ故、発熱部品に小形のものを使用可能となるから、インバータ回路の回路筐体、つまり、流体機械全体の小形化を図ることができる。

また、スクロール型流体機械はそのハウジングへの回路筐体の取付けと同時に、インバータ回路と電機子との間の電気的な接続が確立され、その組立性及び生産性が著しく向上する。

図１を参照すると、スクロール型流体機械として、車両の空調に使用される冷凍回路のためのスクロール圧縮機が概略的に示されている。
スクロール圧縮機は円筒形状のハウジング１０を備え、このハウジング１０はその内部に仕切壁１２を有する。仕切壁１２はハウジング１０内をモータ室１４及びスクロール収容室１６に区画する。

モータ室１４には電動子１８が収容され、この電動子１８はロータ２０を備えた回転軸２２と、ロータ２０を囲むステータ２４とを有する。回転軸２２はロータ２０の両側にそれぞれ突出し、ハウジング１０の一端壁１０ａ及び仕切壁１２に軸受（図示しない）を介して回転自在に支持されている。従って、ハウジング１０の一端壁１０ａ側は電動モータを構成する。

一方、スクロール収容室１６内にはスクロールユニット２６が収容され、このスクロールユニット２６は互いに噛み合う可動スクロール２８及び固定スクロール３０を有する。可動スクロール２８は仕切壁１２側に位置付けられ、仕切壁１２からスクロール収容室１６内に突出した回転軸２２の端部にクランク機構を介して連結されている。また、仕切壁１２と可動スクロール２８との間はスラストベアリング３２が配置され、このスラストベアリング３２は可動スクロール２８の自転を阻止し、且つ、可動スクロール２８のスラスト力を支える。

一方、固定スクロール３０内にはハウジング１０の他端壁１０ｂとの間に吐出室３４が形成されており、この吐出室３４には固定スクロール３０の吐出孔を開閉する吐出弁が配置されている。図１中、吐出孔及び吐出弁は省略されている。
ハウジング１０の外周壁にはその他端壁１０ｂの近傍に吐出口３６が形成され、この吐出口３６は冷凍回路の冷媒循環経路に接続されている。冷媒循環経路には吐出口３６側から凝縮器、レシーバ、膨張弁及び蒸発器等（何れも図示せず）が順次配置されている。

図１に示されるように、ハウジング１０はその一端壁１０ａ側の端部がカバー部材、即ち、回路筐体３８により囲繞されている。この回路筐体３８は一端が開口した有底角筒形状をなし、電動子１８に対応したハウジング１０の外周壁を覆う矩形壁４０と、ハウジング１０の一端壁１０ａを覆う底壁４２とを有し、底壁４２と一端壁１０ａとの間に所定のエンドスペースＥＳが確保されている。

この第１実施例の場合、図２から明らかなように、矩形壁４０はハウジング１０の外周壁に上壁部分を除いて接するように大きさを有し、矩形壁４０の各角部とハウジング１０の外周壁との間にコーナスペースＣＳ及び矩形壁４０の上壁部分とハウジング１０の外周壁との間にアキシャルスペースＡＣが確保されている。
なお、回路筐体３８の開口端は円形であり、ハウジング１０における外周壁の外径と略同一の内径を有し、シール部材（図示しない）を介してハウジング１０の外周壁に密着している。

図１に示されるように、回路筐体３８の矩形壁４０にはその上壁部分には冷媒流入孔４４が形成され、この冷媒流入孔４４は回路筐体３８の底壁４２の近傍に位置付けられている。冷媒流入孔４４は前述した冷媒循環回路を介して冷凍回路の蒸発器に接続されている。
更に、ハウジング１０の外周壁の上部には吸入口４６が貫通して形成され、この吸入口４６はハウジング１０の一端壁１０ａの近傍にて、前述したアキシャルスペースＡＣに開口している。

吸入口４６は、ハウジング１０に確保された流体経路、即ち、冷媒経路を介して前述した吐出口３６に接続されている。具体的には、冷媒経路は、モータ室１４、電動子１８内のギャップ（ロータ２０とステータ２４との間のギャップやステータ２４内の軸方向ギャップ）、仕切壁１２を貫通し、モータ室１４とスクロール収容室１６とを互いに連通させる複数の連通孔４８、そして、スクロールユニット２６内の圧縮室、吐出孔及び吐出室３４等から形成される。

従って、冷媒循環経路の冷媒は冷媒流入孔４４から回路筐体３８内に流入した後、吸入口冷媒は、吸入口４６から前述した冷媒経路の上流側部分を通じてスクロール収容室１６に供給され、そして、スクロール収容室１６からスクロールユニット２６内に吸入される。即ち、スクロール収容室１６は冷媒の吸入室としても機能する。この後、冷媒はスクロールユニット２６の吐出孔から吐出室３４に吐出され、そして、吐出室３４から冷媒循環経路を介して冷凍回路の凝縮器に向けて供給される。

前述した回路筐体３８内には電動子１８の回転を制御するインバータ回路５０が配置されている。このインバータ回路５０は、パワートランジスタやコンデンサの発熱部品と、これら発熱部品に電気的に接続される制御基板とからなり、この制御基板に発熱部品以外の電気又は電子部品が実装されている。
図１から明らかなように制御基板５２は回路筐体３８内の前述したエンドスペースＥＳに配置され、第１実施例の場合、ハウジング１０における一端壁１０ａの外面に取付けられている。また、制御基板５２は電動子１８におけるステータ２４のコイルにも電気的に接続されている。

そして、インバータ回路５０の発熱部品５４は図２から明らかなように、回路筐体３８内のコーナスペースＣＳに分散して配置されている。第１実施例の場合、発熱部品５４は、ハウジング１０の外周壁に取付けられ、且つ、制御基板５２に電気的に接続されている。
更に、制御基板５２は雌型のコネクタ、即ち、ソケット５６を有し、このソケット５６は回路筐体３８の底壁４２に向けて突出している。一方、底壁４２にはその内面に雄型のコネクタ、即ち、プラグ５８を有し、このプラグ５８がソケット５６に差し込まれ、これらプラグ５８及びソケット５６は互いに電気的に接続されている。なお、プラグ５８は回路筐体３８から突出し、外部の給電回路に電気的に接続される。

上述したように制御回路５２及び回路筐体３８にソケット５６及びプラグ５８がそれぞれ備えられていれば、回路筐体３８がハウジング１０に外側から取付けられると同時に、プラグ５８はソケット５６を介して制御基板５２に電気的に接続される。従って、上述した圧縮機の組立性や生産性が大幅に向上する。
電動子１８がインバータ回路５０を介して駆動されると、その回転軸２２の回転がスクロールユニット２６の可動スクロール２８に伝達される。従って、可動スクロール２８はその自転が阻止された状態で、固定スクロール３０に対して旋回運動する。可動スクロール２８の旋回運動に伴い、スクロール収容室１６、即ち、吸入室からスクロールユニット２６内の圧縮室に冷媒が吸入され、吸入された冷媒は圧縮された後、吐出孔から吐出室３４に吐出される。この後、高圧の冷媒は吐出室３４から冷媒循環経路を通じて凝縮器、レシーバ、膨張弁及び蒸発器を通過し、そして、蒸発器から回路筐体３８の冷媒流入孔４４に戻される。

そして、冷媒流入孔４４から回路筐体３８内に流入した冷媒は前述した冷媒経路の上流側部分を経て吸入室（スクロール収容室１６）に導かれ、スクロールユニット２６に再び吸入される。
蒸発器から冷媒流入孔４４に戻される冷媒はその温度が低いので、冷媒が冷媒経路の上流部分を流れるとき、電動子１８が冷却される。また、冷媒流入孔４４から流入した冷媒は回路筐体３８内、つまり、前述したエンドスペースＥＣ及びコーナスペースＣＳに流れ込むので、コーナスペースＣＳに配置された発熱部品５４は低温の冷媒に晒される。それ故、発熱部品５４からの熱は低温の冷媒に直接的に放出され、発熱部品５４の発熱量を効果的に抑制することができる。

この結果、発熱部品５４に小形のものを使用できるから、コーナスペースＣＳを小さくし、回路筐体３８、即ち、圧縮機全体の小形化を図ることができる。
本発明は、上述した第１実施例に制約されるものでなく、種々の変形が可能である。
例えば、図３及び図４は第２実施例のスクロール圧縮機を示す。
第２実施例の場合、図３及び図４から明らかなように、インバータ回路５０の制御基板５２は回路筐体３８における底壁４２の内底面に取付けられ、そして、その発熱部品５４はコーナスペースＣＳに分散して配置された状態で、回路筐体３８の内面に取付けられている。

そして、第２実施例の場合、ハウジング１０の一端壁１０ａにソケット６０が取付けられ、そして、制御基板５２にソケット６０に差し込まれるプラグ６２が取付けられている。このプラグ６２は回路筐体３８の底壁４２を貫通して回路筐体３８の外部に露出し、給電回路に電気的に接続される。
上述したように第２実施例のスクロール圧縮機にあっては、インバータ回路５０の構成要素が全て回路筐体３８の内面に取付けられているので、制御基板５２と発熱部品５４との間の電気接続が容易になり、しかも、この電気接続がハウジング１０に対する回路筐体３８の取付け時、回路筐体３８と干渉することはなく、スクロール圧縮機の組立性及び生産性が更に向上する。

また、上述の実施例において、制御基板５２やハウジング１０の一端壁１０ａに設けられるソケットをプラグとし、回路筐体３８や制御基板５２に設けられるプラグをソケットとしてもよい。
更に、ハウジング１０の一端壁１０ａに別の吸入口を貫通して形成し、冷媒流入孔４４から流入する冷媒が回路筐体３８内にて滞留することなく、回路筐体３８内を流れるようにすれば、発熱部品５４の冷却効果を一層高めることができる。

また、上述の実施例では、各コーナスペースＣＳの全てに発熱部品５４が配置されているが、少なくとも１つのコーナスペースに発熱部品が配置されていてもよいし、回路筐体３８は５角形以上の多角形状をなしていてもよい。更には、回路筐体３８は吸入口４６を有したハウジング１０の外周壁又は一端壁１０ａの一部のみを覆うものであってよい。

第１実施例のスクロール圧縮機を示した概略縦断面図である。 図２の圧縮機の横断面図である。 第２実施例のスクロール圧縮機を示した概略縦断面図である。 図３の圧縮機の横断面図である。

符号の説明

１０ ハウジング
１８ 電動子
１４ モータ室（流体経路）
１６ スクロール収容室（流体経路）
２２ 回転軸
２６ スクロールユニット
３４ 吐出室（流体経路）
３６ 吐出口
３８ 回路筐体（カバー部材）
４４ 冷媒流入孔（流入孔）
４６ 吸入口
４８ 連通孔（流体経路）
５０ インバータ回路
５２ 制御基板
５４ 発熱部品（回路部品）
５６，６０ ソケット（雌コネクタ）
５８，６２ プラグ（雄コネクタ）
ＡＳ アキシャルスペース
ＣＳ コーナースペース
ＥＳ エンドスペース

Claims (4)

1. 作動流体の吸入口及び吐出口をそれぞれ有した円筒形状のハウジングと、
   前記ハウジング内に収容され、回転軸を有する電動子と、
   前記ハウジング内に前記回転軸に連結された状態で収容され、前記回転軸により駆動されたとき、作動流体の吸入から吐出までの一連のプロセスを実行するスクロールユニットと、
   前記ハウジング内に確保され、前記吸入口から流入した作動流体を前記電動子及び前記スクロールユニットの順に通過させ、この後、前記吐出口に導く流体経路と
   を具備し、作動流体である冷媒を圧縮する冷凍回路の圧縮機として使用されるスクロール型流体機械において、
   前記ハウジングの外側に設けられ、前記吸入口に連なるスペースを確保し且つ前記スペースへの作動流体の流入孔を有したカバー部材と、
   前記スペースに配置され、前記電動子の回転を制御するインバータ回路と
   を更に備え、
   前記カバー部材は、前記吸入口側の前記ハウジングの端部を囲繞する有底角筒状の回路筐体であり、
   前記スペースは回路筐体の角部と前記ハウジングの外周面との間及び前記回路筐体の内底面と前記ハウジングの端面との間にそれぞれ確保され、
   前記インバータ回路及び前記電動子は、前記回路筐体が前記ハウジングに外側から嵌め合わされたとき、前記インバータ回路及び前記電動子を互いに電気的に接続する雌雄のコネクタをそれぞれ含む
   ことを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記インバータ回路は、前記スペースに分散して配置された回路部品を含むことを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記回路部品は前記回路筐体の内面に取付けられていることを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記インバータ回路は、前記ハウジングの一端面及び前記回路筐体の内底面の少なくとも一方に取付けられた前記回路部品のための基板を含むことを特徴とする請求項３に記載のスクロール型流体機械。

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