JP4992395B2 - 電動コンプレッサ - Google Patents

Description

この発明は、電動コンプレッサに係り、とくに電動モータを駆動するインバータに関する。

圧縮機構部を有する電動コンプレッサは、圧縮機構部を駆動する電動モータを備え、さらにこの電動モータを制御および駆動するインバータを備える構成としたものが知られている。このような電動コンプレッサは、車両等に搭載して使用される場合があるが、その場合、内燃機関によって発生する振動が問題となる。
内燃機関によって発生する振動の周波数スペクトルが、インバータの基板の共振周波数を含む場合、内燃機関の振動によって基板が共振を起こし、はんだ等への応力が大きくなる。はんだへの応力が大きくなると、はんだによって基板に接続されている電子部品のリード（ピン）に、亀裂が入る等の不具合が生じる恐れがある。

このような不具合を防止するために、従来のインバータ式の電動コンプレッサでは、ゲルの封入による制振が行われる。すなわち、インバータ収容室に、インバータもしくはその構成部材を固定するためのゲルを充填し、これを封入する。これによってインバータおよび基板が固定され、振動が抑制される。このような電動コンプレッサの例は、特許文献１に開示される。

特開２００３−３２２０８２号公報

しかしながら、ゲルの封入を行う場合には、インバータが取り外し不可能に固定されてしまうため、インバータを脱着可能とする構成には適用できないという問題がある。
また、ゲルの封入を行う場合、インバータ収容室の全容積またはその大部分にゲルを充填する必要があり、全体の重量が増加するという問題がある。
さらに、ゲルの封入を行う場合、ゲルを硬化させるための高温処理が必要であり、インバータ収容室の温度を上げるための大掛かりな設備が必要となって製造コストが上昇してしまうという問題、および、高温処理によって電子部品に負荷がかかってしまうという問題がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、インバータ収容室にゲルの封入を行わずに基板の振動を抑制することができる電動コンプレッサを提供することを目的とする。

上述の問題点を解決するため、この発明に係る電動コンプレッサは、圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動モータと、直流電力を多相交流電力に変換して電動モータに供給するとともに、電動モータの回転数を制御するインバータアセンブリと、インバータアセンブリを収容するインバータ収容室とを備え、インバータアセンブリは、電気回路を有する基板と、基板に接続された電子部品とを備え、インバータ収容室内に脱着可能に固定される電動コンプレッサにおいて、基板には、インバータ収容室の外壁に接触しないように制振部材が取り付けられており、制振部材は、基板の共振周波数をシフトさせて、振動を抑制することを特徴とする。

基板に制振部材が取り付けられ、これらが一体となって振動することによって、振動する部分全体の重量が増加する。これによって基板の共振周波数がシフトして、内燃機関によって発生する振動の周波数スペクトル外となる。また、仮に内燃機関による振動の周波数スペクトル外にまでシフトしない場合であっても、より振幅が小さい周波数域にシフトする。

制振部材は樹脂を含んでもよい。
これによって、樹脂を含む制振部材は、振動に対してある程度の柔軟性をもって変形し、振動のエネルギーを吸収して振動レベルを低減する。
制振部材は、基板が振動する際の振幅が大きくなる位置に取り付けられてもよい。また、制振部材は、基板の中央に取り付けられてもよい。
これによって、より振動エネルギーが大きくなる位置で共振周波数のシフトおよび振動の低減が行われる。

インバータアセンブリは、基板を支持するベースをさらに備え、制振部材は、ベースに接触しないものであってもよい。
これによって、組み立てにおいて制振部材を基板に取り付けるタイミング、および、制振部材の形状および取り付け位置について、自由度が高くなる。
制振部材は、基板の振動を低減するものであってもよい。
制振部材は、ポッティング材からなるものであってもよい。

この発明によれば、基板に制振部材が取り付けられ、この制振部材が基板の振動を抑制するので、インバータ収容室にゲルの封入を行わずに基板の振動を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサ１０を示す。
電動コンプレッサ１０は、第１ハウジング２４および第２ハウジング２５を備える。第１ハウジング２４および第２ハウジング２５は、ボルト１６によって互いに固定される。第１ハウジング２４は、筒状部２４ｆおよび底部２４ｇを含む有底筒形状であり、底部２４ｇには円筒状の軸支持部２４ｈが設けられる。
なお、図１において、図面右側すなわち第２ハウジング２５側を前とし、図面左側すなわち第１ハウジング２４の底部２４ｇ側を後ろと規定する。

電動コンプレッサ１０は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、固定スクロール１１および旋回スクロール１２により形成された圧縮室１３とを備える。固定スクロール１１は、円盤状の固定基盤１１ａと、固定基盤１１ａから立設される渦巻状の固定ラップ１１ｂと、固定ラップ最外壁１１ｃとを備える。固定基盤１１ａの中央には吐出口４７が設けられている。電動コンプレッサ１０において、圧縮機構部は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、圧縮室１３とからなる。

旋回スクロール１２は、円盤状の旋回基盤１２ａと、この旋回基盤１２ａから立設される渦巻状の旋回ラップ１２ｂとからなり、旋回基盤１２ａの背面側中央には、ボールベアリング１７を保持する有底円筒状の保持部１２ｃが設けられる。

さらに電動コンプレッサ１０は、旋回スクロール１２に旋回運動（公転運動）を行わせる駆動クランク機構１９と、旋回スクロール１２の自転を防止するピン２０とを備える。ピン２０は、軸支持部材１５に取り付けられるとともに、旋回スクロール１２の環状凹部１２ｄに遊嵌するように設けられる。
駆動クランク機構１９は、保持部１２ｃと、駆動軸２２のクランクピン２２ａと、このクランクピン２２ａをブッシュ１８を介して支承するボールベアリング１７とにより構成される。

駆動軸２２は、電動モータ２６の中央を貫通する。電動モータ２６は、圧縮機構部を駆動するものであり、駆動軸２２と、この駆動軸２２に嵌入されたロータ２８と、さらにその外周側に設けられ、コイル２９が巻回されたステータ３０とを備える三相同期モータである。

第１ハウジング２４の後方寄りの外表面には、第１ハウジング２４の一部が窪んでインバータ収容室１０１が設けられる。電動コンプレッサ１０は、インバータ収容室１０１の内部に収容されるインバータアセンブリ１００を含む。なお、インバータアセンブリ１００の詳細な構成は図２を参照して後述するものであり、図１では簡明のためベース１１０のみ示してある。
このインバータアセンブリ１００は、第１ハウジング２４に設けられた気密端子１２２（図２を参照して後述）を介して、電動モータ２６と電気的に接続されている。
インバータアセンブリ１００は、外部から供給される直流電力を多相交流電力に変換して電動モータ２６に供給するとともに、電動モータ２６の回転数を制御する。

また、第１ハウジング２４には、インバータアセンブリ１００を覆うようにカバー１５０が取り付けられ、このカバー１５０がインバータ収容室１０１を外部から隔絶する。ここで、カバー１５０は電動コンプレッサ１０の外壁を構成するものである。すなわち、カバー１５０、第１ハウジング２４、および第２ハウジング２５が、電動コンプレッサ１０の内部を外部から隔絶する。また、インバータ収容室１０１は、カバー１５０および第１ハウジング２４を外壁として形成される。
なお、電動コンプレッサ１０が使用される際は、図１において駆動軸２２からインバータアセンブリ１００を見た方向が上となるように配置される。すなわち、インバータアセンブリ１００は第１ハウジング２４の上方に配置される。

駆動軸２２の、駆動クランク機構１９側の端は、ボールベアリング２２ｅを介して軸支持部材１５によって支持され、その後端は、ボールベアリング２２ｆを介して第１ハウジング２４の軸支持部２４ｈにより支持される。また、ボールベアリング２２ｅの後側にはシール２２ｇが設けられ、駆動軸２２および軸支持部材１５の間をシールする。

上述した第１ハウジング２４と、第２ハウジング２５とにより覆われた空間を、冷媒である流体が流通する。この空間において、第１ハウジング２４と軸支持部材１５とによって画定される部分がモータ室２７であり、また、第１ハウジング２４、第２ハウジング２５、および軸支持部材１５によって画定される部分がクランク室２１である。モータ室２７とクランク室２１とは、図示されない吸入通路によって連通する。

吐出口４７に関して圧縮室１３と反対側には、固定スクロール１１および第２ハウジング２５によって画定される吐出室３２が設けられ、圧縮室１３で圧縮された冷媒は吐出口４７を介して吐出室３２へと吐出される。吐出室３２にはリード弁３４およびリテーナ３６が設けられ、冷媒の逆流すなわち吐出室３２から吐出口４７に向かう流れの発生を防止する。また、吐出室３２は外部と連通する外部開口３２ａを有する。この外部開口３２ａによって、電動コンプレッサ１０の内部と外部とが連通する。

以上のように構成される電動コンプレッサ１０において、冷媒は、外部から、図示されない吸入口を介して、モータ室２７に流入する。さらに冷媒は、モータ室２７から、図示されない吸入通路を介してクランク室２１およびクランク室と連通する圧縮室１３に流入する。圧縮室１３内において、駆動軸２２の回転に伴う旋回スクロール１２の旋回によって、冷媒は圧縮され、吐出口４７から吐出室３２へと流入し、さらに外部開口３２ａを介して外部へと吐出される。

図２に、この発明の実施の形態１に係るインバータアセンブリ１００およびその周辺の構成を示す。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における部分断面図である。
カバー１５０と第１ハウジング２４とがガスケット１２０を挟持し、これによってインバータ収容室１０１が外部から隔絶される。ガスケット１２０は、鉄製の板である芯と、芯を取り巻くゴム材によって構成される板状の部材である。

インバータアセンブリ１００は、電気回路を有する基板１１２と、基板１１２を支持するベース１１０とを含む。基板１１２は、ネジ１２８によってベース１１０に固定される。
カバー１５０、ベース１１０、および第１ハウジング２４が、ネジ１１８によって共締め固定される。なお、ネジ１１８は図２の断面とは異なる位置に設けられるため、共締め固定される部分は図２には現れない。図２には説明のためネジ１１８のネジ頭のみを示す。
また、インバータアセンブリ１００は、電子部品として、コンデンサ１１４、コイル１１６、気密端子１２２、スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）１２４、およびバリスタ（図示せず）を含む。

さらに、基板１１２の中央には、基板１１２の振動を低減する制振部材として、ある程度の重量を有する、ポッティング材からなる重量物１４０が取り付けられる。ここで、重量物１４０は、基板１１２を他の構造物（カバー１５０やベース１１０等）に固定して支持するための部材ではないので、他の構造物に接触しない構成とすることができる。
なお、基板１１２に重量物１４０が取り付けられることによって、基板１１２および重量物１４０が一体となって振動する際の共振周波数がシフトするが、このシフトによって共振周波数が内燃機関による振動の周波数スペクトル領域の外となるように、重量物１４０の重量は決定される。あるいは、少なくとも、内燃機関による振動のうち、より振幅が小さい周波数域にシフトするように、重量物１４０の重量は決定される。

また、重量物１４０は、基板１１２の変形を直接的に抑止するための部材ではないので、たとえば従来のインバータにおいて収容室に封入されるゲルのように、基板１１２とカバー１５０およびベース１１０との間の空間に充填されるものではなく、基板１１２の全面を覆うものでもない。
なお、重量物１４０を基板１１２に取り付ける際には、半流動状態のポッティング材を基板１１２上に載せ、その後時間経過によって固形化させるとともに基板１１２に接着させ、これによって重量物１４０を形成すればよい。

コンデンサ１１４は、たとえば電解コンデンサであり、リード１１４ａを有する。リード１１４ａは基板１１２にはんだ付けされ、コンデンサ１１４を基板１１２の電気回路と電気的に接続する。コンデンサ１１４は、リード１１４ａおよびリード１１４ａ周辺のはんだ（図示せず）によって基板１１２に固定され、また、樹脂製の接着剤１１４ｂによってベース１１０に接着され固定される。

コイル１１６はリード１１６ａを有し、このリード１１６ａは、基板１１２にはんだ付けされてコイル１１６を基板１１２の電気回路と電気的に接続する。コイル１１６は、リード１１６ａおよびリード１１６ａ周辺のはんだ（図示せず）によって基板１１２に固定され、また、コイル１１６は、樹脂製の接着剤１１６ｂによってベース１１０に接着され固定される。

ＩＧＢＴ１２４はリード１２４ａを有し、このリード１２４ａは、基板１１２にはんだ付けされてＩＧＢＴ１２４を基板１１２の電気回路と電気的に接続する。ＩＧＢＴ１２４は、ネジ１２６によってベース１１０に固定される。
気密端子１２２はリード１２２ａを有し、このリード１２２ａは、基板１１２にはんだ付けされて気密端子１２２を基板１１２の電気回路と電気的に接続する。気密端子１２２は、ベース１１０に固定される。なお、図示しないが、気密端子１２２は、インバータアセンブリ１００と、第１ハウジング２４内の電動モータ２６（図１参照）とを電気的に接続するとともに、インバータ収容室１０１と、電動モータ２６が収容される空間であるモータ室２７とを気密に隔絶する。

第１ハウジング２４とステータ３０（図１参照）との間には冷媒通路（図示せず）が形成され、ここを冷媒が流通する。この冷媒は、第１ハウジング２４を介してインバータアセンブリ１００を冷却し、また、ステータ３０を介して電動モータ２６を冷却する。

このようにして基板１１２、コンデンサ１１４、およびコイル１１６がベース１１０に支持され、インバータアセンブリ１００が組み立てられる。上述のように、ベース１１０はネジ１１８によって第１ハウジング２４に固定されており、これによってインバータアセンブリ１００が第１ハウジング２４に固定される。この固定はネジ１１８による脱着可能な螺合である。

電動コンプレッサ１０を組み立てる際には、まずインバータアセンブリ１００を一体として組み立てる。これはどのような順序でなされても良いが、たとえばまずベース１１０に各電子部品が取り付けられ、その後基板１１２がネジ１２８によってベース１１０に固定されるとともに、各電子部品が基板１１２に接続される。
インバータアセンブリ１００が組み立てられた後、これを電動コンプレッサ１０に組み込む。これは、カバー１５０、ベース１１０、および第１ハウジング２４を、ネジ１１８によって共締め固定することによって行われる。
なお、ここで、上述のようにインバータ収容室１０１内へのゲルの封入はなされないので、ネジ１１８を外すことによってベース１１０は第１ハウジング２４から解放され、インバータアセンブリ１００を取り外すことができる。すなわち、一体型のインバータアセンブリ１００はカートリッジ式であり、電動コンプレッサ１０において脱着可能な構成となっている。

インバータアセンブリ１００および電動コンプレッサ１０は、基板１１２の振動に関して、以下のように作用する。

まず、基板１１２に重量物１４０が取り付けられるので、基板１１２と一体となって振動する部分の重量が増加する。これによって基板１１２の共振周波数がより高い方へとシフトし、内燃機関によって発生する振動の周波数スペクトル外となるため、基板１１２が内燃機関の振動と共振しなくなり、基板１１２の振動エネルギーが小さくなる。このため、はんだおよび電子部品のリード（リード１１４ａ、リード１１６ａ、リード１２２ａ、およびリード１２４ａ）にかかる応力も小さくなる。
また、仮に基板１１２の共振周波数が内燃機関による振動の周波数スペクトルの領域外にまでシフトしない場合であっても、より振幅が小さい周波数域にシフトすることになるので、少なくとも応力が低減される。

重量物１４０はポッティング材からなるため、固形化後もやわらかい樹脂であり、振動に対してはある程度の柔軟性をもって変形する。このため、振動のエネルギーを吸収して振動レベルを低減する。

このように、本実施の形態に係るインバータアセンブリ１００および電動コンプレッサ１０によれば、基板１１２に重量物１４０が取り付けられ、この重量物１４０が基板１１２の振動を抑制するので、インバータ収容室１０１にゲルの封入を行わずに基板の振動を抑制することができる。
また、ゲルが封入されないので、ネジ１１８を取り外すことによって、インバータアセンブリ１００が電動コンプレッサ１０の第１ハウジング２４から取り外される。すなわち、インバータアセンブリ１００を脱着可能とすることができる。

また、重量物１４０は基板１１２が振動する際の振幅が大きくなる位置として、基板１１２の中央に取り付けられる。このため、より振動エネルギーが大きくなる位置で効率的に振動の低減および共振周波数のシフトが行われる。

また、本実施の形態に係る電動コンプレッサ１０では、従来の電動コンプレッサと異なり、インバータ収容室１０１にはゲルが封入されない。重量物１４０は樹脂製であり、その体積もインバータ収容室の容積と比較して非常に小さいので、ゲルをインバータ収容室の全容積に充填するような構成と比較すると、電動コンプレッサ１０全体の重量を軽減することができる。

さらに、本実施の形態に係る電動コンプレッサ１０では、インバータ収容室１０１にゲルが封入されないので、ゲルを硬化させるための高温処理が不要となる。このため、インバータ収容室の温度を上げるための大掛かりな設備が不要となり、製造コストを低減することができる。また、高温処理によって電子部品に負荷がかかることを回避することができる。

また、重量物１４０は、他の構造物、たとえばカバー１５０やベース１１０等に接触させる必要はない。このため、重量物１４０を基板１１２に取り付けるタイミングは、カバー１５０を電動コンプレッサ１０に取り付ける工程より前であればいつでもよく、また、重量物１４０の形状および取り付け位置の自由度も高くすることができる。

上述の実施の形態１において、重量物１４０はポッティング材すなわち樹脂からなるが、これは不導体であれば他の物質を含むものであってもよく、また樹脂を含まないものであってもよい。さらに、重量物１４０は、基板１１２の振動を低減する制振部材として、あるいは、基板１１２の共振周波数を高い方にシフトさせる制振部材として作用するものであれば、他の形状、構造、または取り付け方法によるものであってもよい。

重量物１４０が取り付けられる位置は、図２のように基板１１２の中央であるが、これは他の位置であってもよく、また複数の位置に分散してもよい。たとえば、基板１１２が振動する際の振幅が大きくなる他の位置に取り付けられてもよい。ここで、振幅が大きくなる位置とは、たとえば振幅が局所的に極大となる位置を含むものであり、基板１１２の形状、ネジ１２８の位置および数、各電子部品の状態（たとえばコンデンサ１１４の重量、取り付け位置、固定状況等）等に応じて決まる。

さらに、重量物１４０は、基板１１２でなく、インバータアセンブリ１００の他の部分に取り付けられてもよい。たとえばベース１１０に取り付けられ、ベース１１０の振動を低減させることで、ベース１１０から基板１１２に伝わる振動を間接的に低減させてもよい。

電動コンプレッサ１０はスクロール式のものとして例示されているが、これは流体を圧縮する圧縮機構部を備えるものであれば他の形式のものであってもよい。

この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサの構成を示す図である。 図１の電動コンプレッサに含まれるインバータアセンブリの構成を示す図である。

符号の説明

２４ 第１ハウジング（インバータ収容室の外壁）、２６ 電動モータ、１００ インバータアセンブリ、１０１ インバータ収容室、１１０ べース、１１２ 基板、１１４ コンデンサ（電子部品）、１１６ コイル（電子部品）、１２４ ＩＧＢＴ（電子部品）、１４０ 重量物（制振部材）、１５０ カバー（インバータ収容室の外壁）。

Claims (7)

1. 圧縮機構部と、
   前記圧縮機構部を駆動する電動モータと、
   直流電力を多相交流電力に変換して前記電動モータに供給するとともに、前記電動モータの回転数を制御するインバータアセンブリと、
   前記インバータアセンブリを収容するインバータ収容室と
   を備え、
   前記インバータアセンブリは、電気回路を有する基板と、前記基板に接続された電子部品とを備え、前記インバータ収容室内に脱着可能に固定される
   電動コンプレッサにおいて、
   前記基板には、前記インバータ収容室の外壁に接触しないように制振部材が取り付けられており、
   前記制振部材は、前記基板の共振周波数をシフトさせて、振動を抑制する
   ことを特徴とする、電動コンプレッサ。
2. 前記制振部材は樹脂を含む、請求項１に記載の電動コンプレッサ。
3. 前記制振部材は、前記基板が振動する際の振幅が大きくなる位置に取り付けられる、請求項１または２に記載の電動コンプレッサ。
4. 前記制振部材は、前記基板の中央に取り付けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動コンプレッサ。
5. 前記インバータアセンブリは、前記基板を支持するベースをさらに備え、
   前記制振部材は、前記ベースに接触しない、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動コンプレッサ。
6. 前記制振部材は、前記基板の振動を低減するものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動コンプレッサ。
7. 前記制振部材はポッティング材からなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動コンプレッサ。

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