JP4599222B2 - 車両用電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車等の車両用空調装置に使用される車両用電動圧縮機に関するものである。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車のように、電気の動力を利用して走行する車両の開発及び市場への投入が急速に進んでいる。このような車両に装備される車両用空調装置では、従来の内燃機関で走行する車両とは異なり、冷媒を圧縮して送出する圧縮機の駆動にも電気を動力として利用する電動圧縮機が採用されている。
このような電動圧縮機は、圧縮機構及び電動機を同じハウジング内に内蔵した密閉型圧縮機とする構成が一般的に採用されている。さらに、車両用空調装置の電動圧縮機は、電源から入力された電力を電動機に供給して運転制御を行う別体のインバータ制御装置を備えている。

また、インバータ回路をモータハウジングの上方側面に設けたケーシング内に収納し、インバータ回路の発熱素子であるパワートランジスタやコンデンサをケーシング内の底面に当接配置してモータハウジング内を流れる吸入冷媒により冷却するように構成したインバータ回路一体型電動圧縮機が提案されている。この従来技術では、パワートランジスタ及びコンデンサがケーシング内の略中央位置に配置されているので、たとえば内燃機関のような輻射熱を発生する熱源が左右何れの方向に設置されている場合でも、発熱素子は同様の熱影響を受けることとなる。（たとえば、特許文献１参照）

ところで、車両用空調装置に使用される車両用電動圧縮機（以下、「電動圧縮機」と呼ぶ）は、車両走行用の駆動力を発生させる電動機や発電機駆動用の内燃機関等とともにエンジンルーム内に設置される。このため、放射熱等の影響を受けやすい設置環境となり、インバータ制御装置を構成する各種の電気・電子部品等を周囲環境から保護して動作を保証するためには、たとえば発熱体であるコンデンサの冷却や輻射熱の対策が必要となる。特に、内燃機関等の放射熱源に隣接してインバータ制御装置を設置する場合には、放射熱源に近いほど輻射熱の影響が大きくなる。
また、電動圧縮機などエンジンルーム内に設置する機器類は、設置スペースの制約から小型化することが求められる。さらに、電動圧縮機などエンジンルーム内に設置する機器類は、一般的には車両側の機器配置が優先されることから、多様な設置形態に容易に対応できることが望ましい。

このような背景から、車両用空調装置に使用される電動圧縮機においては、信頼性や耐久性を確保するため、たとえばコンデンサ等のようにインバータ制御装置を構成する熱影響を受けやすい素子の冷却や輻射熱対策が必要となり、さらに、多様な設置形態にも容易に対応できるようにしたコンデンサの設置構成が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、インバータ制御装置における熱影響を受けやすい素子の信頼性や耐久性を向上させることができ、さらに、多様な設置形態にも容易に対応できる車両用電動圧縮機の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の車両用電動圧縮機は、電動機により圧縮機構を駆動して車両用空調装置の冷媒を圧縮する車両用電動圧縮機において、前記電動機を制御する制御装置が前記圧縮機構を収納するハウジングの低圧冷媒室に密接させた筐体内に設置され、前記制御装置は、少なくとも基板と一対のコンデンサを具備し、前記コンデンサが前記基板を挟んで左右両側に分割して配置され、左右いずれかの一方が熱源に近く、他方が熱源から遠い位置に配置されていることを特徴とするものである。

このような本発明の車両用電動圧縮機によれば、電動機を制御する制御装置が圧縮機構を収納するハウジングの低圧冷媒室に密接させた筐体内に設置され、前記制御装置は、少なくとも基板と一対のコンデンサを具備し、前記コンデンサが前記基板を挟んで左右両側に分割して配置され、左右いずれかの一方が熱源に近く、他方が熱源から遠い位置に配置されているので、低圧冷媒室に密接する筐体内に設置された制御装置は、低温の吸入冷媒により冷却される。
そして、熱影響を受けやすいコンデンサは、基板を挟んで筐体内の左右両側に分割して分散配置され、左右いずれかの一方が熱源に近く、他方が熱源から遠い位置に配置されているので、輻射熱等の熱源との距離はコンデンサ毎に異なり、熱源から遠く熱影響の小さいコンデンサを少なくとも１つ設けることができる。

すなわち、前記一対のコンデンサのうち一方のコンデンサは、前記基板よりも熱源から離れた位置に配置されていることが好ましい。
この場合、前記一対のコンデンサは、前記基板と電気的に並列に接続されていることが望ましい。
そして、前記一対のコンデンサは、基板外コンデンサであることが好ましく、さらに、前記一対のコンデンサは、容量が異なることが好ましい。
また、請求項１に記載の電動圧縮機において、さらに一対のパワー素子を具備し、前記パワー素子が前記基板を挟んで左右両側に分割して配置されていることが好ましい。
この場合、前記一対のパワー素子のうち一方のパワー素子は、前記基板よりも熱源から離れた場所に配置されていることが好ましく、さらに、前記一対のパワー素子は、前記基板と電気的に並列に接続されていることが好ましい。

本発明の車両用電動圧縮機によれば、電動機の制御装置をハウジングの低圧冷媒室に密接させた筐体内に設置したので、筐体内の制御装置は低温の吸入冷媒により冷却される。さらに、制御装置を構成する熱影響を受けやすい素子（コンデンサやパワー素子）は、基板を挟んで左右両側に分割して筐体内に分散配置され、左右いずれかの一方が熱源に近く、他方が熱源から遠い位置に配置されているので、輻射熱等の熱源との距離は分散配置した素子毎に異なり、熱源から遠く熱影響の小さい素子を少なくとも１つ設けることができる。具体的には、左右に分割して各々を電気的に並列な接続とすれば、左右のいずれか一方が受ける輻射熱の影響を小さくすることができる。このため、熱影響を受けやすい素子が筐体内で吸入冷媒により冷却されるだけでなく、熱影響のリスクを分散した素子の配置として信頼性や耐久性を向上させることができる。
また、素子を分散配置した構成は、たとえば熱影響を受けやすく比較的大きな設置スペースを要するコンデンサを分散配置することにより、必要なコンデンサ容量に応じて多様な設置形態が可能となる。具体的には、容量に余裕があれば熱影響の小さい側だけにコンデンサを設置したり、あるいは、熱影響の大きい側と小さい側とで設置するコンデンサ容量を変えることもできるので、コストの低減や軽量化が可能になる。

以下、本発明にかかる車両用電動圧縮機の一実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
本実施形態で説明する車両用電動圧縮機は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車のように、電気の動力を利用して走行する車両に装備される車両用空調装置の冷媒回路に使用される。この車両用電動圧縮機は、低温低圧のガス冷媒（吸入冷媒）を圧縮して冷媒回路に送出する圧縮機構を駆動するため、電気を動力として利用する電動機を採用したものである。
このような車両用電動圧縮機（以下、「電動圧縮機」と呼ぶ）１は、たとえばスクロール圧縮機構等の圧縮機構（不図示）及び電動機（不図示）を同じハウジング２内に内蔵する密閉型圧縮機の構成が一般的に採用されている。また、このような電動圧縮機１は、電源から入力された電力を電動機に供給して運転制御を行うインバータ制御装置１０を備えている。このインバータ制御装置１０は、電動圧縮機１のハウジング２に密接して一体的に設置されている。そして、インバータ制御装置１０は、インバータ制御装置１０に給電を行う給電部２０と、インバータ制御装置１０及び給電部２０の動作を制御する電源制御装置２１と電気的に接続されている。

ハウジング２は、軸線を略水平にして設置される中空円柱形状をなしている。
具体的に説明すると、ハウジング２は、図２及び図３に示すように、一端に開口部を有し内部に電動機が収納される有底円筒形状の第一収納部（ハウジング本体）２ａと、一端に開口部を有し内部に圧縮機構が収納される有底円筒形状の第二収納部（蓋部）２ｂとに二分割されている。第一収納部２ａ及び第二収納部２ｂは、互いの開口部どうしを向かい合った状態にして接合し、両開口部に設けたフランジ部をボルト・ナット等により着脱可能に固定して一体化されている。

本実施形態では、第一収納部２ａの内部に図示しない圧縮機構の低圧冷媒室が形成されており、第一収納部２ａの外周面には、内部の低圧冷媒室に連通する冷媒取入口３が設けられている。この低圧冷媒室は、冷媒取入口３を介して車両用空調装置の冷媒回路に連結され、室内熱交換器または室外熱交換器を通過して気化した低温低圧のガス冷媒が送り込まれるようになっている。
すなわち、第一収納部２ａの外周面及び底面は、特に、冷媒取入口３の近傍部分が吸入冷媒である低温低圧のガス冷媒によって冷やされるため、ハウジング２の他の部分に比べて低温となる。

ハウジング２の上面には、図１に示すように、第一収納部２ａの長手方向に沿って圧縮機基台４が設けられており、この圧縮機基台４上には、電気部品及び電子部品等の電装部品で構成されるインバータ制御装置１０の制御機器類を収納してインバータ室を形成する筐体の保護ケース１１が設けられている。
ここで、圧縮機基台４及び保護ケース１１は、たとえばアルミニウムやアルミニウム基合金等のように熱伝導率が高く、しかも、軽量の材質によって構成される。また、インバータ制御装置１０は、保護ケース１１内に収納設置されたＣＰＵ等を含む基板１２、左右一対のパワー素子１３及び基板１２の外部に配設された左右一対のコンデンサ１４とを具備して構成される。

コンデンサ１４には、平滑コンデンサ等が使用される。左右一対のコンデンサ１４は、何れも圧縮機基台４の上面に密接して配置された基板外コンデンサであり、低温の圧縮機基台４に直接接触して吸熱・冷却される。
左右一対のパワー素子１３及びコンデンサ１４は、何れも基板１２を挟んで両側に配置され、電気的には各々が配線１５を介して基板１２と並列に接続されている。
なお、インバータ制御部１０の基板１２、パワー素子１３及びコンデンサ１４等の電装部品は、当然ながら保護ケース１１及び圧縮機基台４と絶縁されている。

上述した構成により、インバータ制御装置１０を一体化した電動圧縮機１は、たとえばエンジンルーム内の内燃機関に隣接して設置された場合でも、左右のいずれか一方（図１の場合は紙面の左側）が熱源に極めて近づくことになる。しかし、他方（図１の場合は紙面の右側）は熱源から離れた位置に配設されることとなるので、配置環境としては有利になる。このため、リスク分散の観点から見ると、左側に配置されたコンデンサ１４の設置環境が厳しく信頼性が低下する場合でも、右側のコンデンサ１４の信頼性を確保して電動圧縮機１の駆動を確保できる。
また、並列接続による分配配置の構成は、予め熱源の方向が分かっている場合、設置スペース及びコンデンサ容量の問題を解消できれば熱影響の小さい右側のみにコンデンサ１４を配置したり、あるいは、熱影響の小さい側にできるだけ大きなコンデンサ容量を分配した配置を採用するなど、多様な設置形態にも容易に対応できる

このように、上述した本発明によれば、インバータ制御装置１０をハウジング２の低圧冷媒室に密接させた保護ケース１１内に設置したので、保護ケース１１内のインバータ制御装置１０は低温の吸入冷媒により冷却される。さらに、インバータ制御装置１０を構成する熱影響を受けやすい素子、具体的にはパワー半導体１３やコンデンサ１４は、複数に分割して保護ケース１１内に分散配置されているので、エンジンルーム内に設置した場合であっても、内燃機関のような輻射熱等の熱源との距離は分散配置した素子毎に異なるので、熱源から遠く熱影響の小さい素子を少なくとも１つ確保することができる。
すなわち、コンデンサ１４等を左右に分割して各々を電気的に並列な接続とすれば、左右のいずれか一方が受ける輻射熱の影響を小さくすることができる。このため、熱影響を受けやすい素子が保護ケース１１内で吸入冷媒により冷却されるだけでなく、熱影響のリスクが分散する素子の配置となるので、インバータ制御部１０及び電動圧縮機１の信頼性や耐久性を向上させることができる。

また、コンデンサ１４等の素子を分散配置した構成は、特に熱影響を受けやすく比較的大きな設置スペースを要するコンデンサ１４を分散配置することにより、必要なコンデンサ容量に応じて多様な設置形態が可能となる。すなわち、コンデンサ容量に余裕があれば熱影響の小さい側にだけにコンデンサ１４を設置したり、あるいは、熱影響の大きい側と小さい側とで設置するコンデンサ容量を変えることもできるので、インバータ制御部１０及び電動圧縮機１のコスト低減や軽量化が可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用電動圧縮機の構成例を示す図で、インバータ制御部内をハウジングの底面方向から見た縦断面図である。 インバータ制御部の内部構成例を示す図で、車両用電動圧縮機の部分断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用電動圧縮機の構成例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 車両用電動圧縮機
２ ハウジング
２ａ 第一収納部
２ｂ 第二収納部
３ 冷媒取入口
４ 圧縮機基台
１０ インバータ制御装置
１１ 保護ケース（筐体）
１２ 基板（電装部品）
１３ パワー素子（電装部品）
１４ コンデンサ
１５ 配線

Claims (8)

1. 電動機により圧縮機構を駆動して車両用空調装置の冷媒を圧縮する車両用電動圧縮機において、
   前記電動機を制御する制御装置が前記圧縮機構を収納するハウジングの低圧冷媒室に密接させた筐体内に設置され、前記制御装置は、少なくとも基板と一対のコンデンサを具備し、前記コンデンサが前記基板を挟んで左右両側に分割して配置され、左右いずれかの一方が熱源に近く、他方が熱源から遠い位置に配置されていることを特徴とする車両用電動圧縮機。
2. 前記一対のコンデンサのうち一方のコンデンサは、前記基板よりも熱源から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動圧縮機。
3. 前記一対のコンデンサは、前記基板と電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用電動圧縮機。
4. 前記一対のコンデンサは、基板外コンデンサであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用電動圧縮機。
5. 前記一対のコンデンサは、容量が異なることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両用電動圧縮機。
6. 請求項１に記載の車両用電動圧縮機において、さらに一対のパワー素子を具備し、前記パワー素子が前記基板を挟んで左右両側に分割して配置されていることを特徴とする車両用電動圧縮機。
7. 前記一対のパワー素子のうち一方のパワー素子は、前記基板よりも熱源から離れた場所に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の車両用電動圧縮機。
8. 前記一対のパワー素子は、前記基板と電気的に並列に接続されていることを特徴とする請求項６または７に記載の車両用電動圧縮機。

Images