JP5018451B2

JP5018451B2 - 電動圧縮機

Info

Publication number: JP5018451B2
Application number: JP2007326416A
Authority: JP
Inventors: 雅夫井口; 真広川口; 健水藤; 達志森; 博史深作
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: CN101463819A; JP2009150237A; EP2072822A2; EP2072822A3; EP2072822B1; US8303270B2; US20090162221A1

Description

本発明は、電動モータ、圧縮部及びインバータが、回転軸の軸方向に沿って並ぶようにハウジング内に収容された電動圧縮機に関する。

このような電動圧縮機において、電動モータは、インバータにより駆動制御される。インバータは、電動モータが圧縮部の駆動時に多大な電力を必要とすることに加え、スイッチング素子（発熱素子）が頻繁にスイッチング動作を行うため、大量の熱を発する。このため、電動圧縮機は、インバータの正常な動作を維持するため、インバータを冷却する構成を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の電動圧縮機は、密閉構造の軸線方向が長手方向となる略円筒状のハウジングを備えている。ハウジング内には、冷媒の圧縮作用を行う圧縮部と、圧縮部を駆動する電動モータとが、回転軸によって連結された状態でハウジングの長手方向に並ぶように設けられている。また、ハウジングには、インバータを冷却するためのヒートシンクが一体形成されている。ヒートシンクは、略円筒状をなし、ハウジングの電動モータ側の端面に設けられている。ヒートシンクの外周には、インバータを構成する発熱素子を取り付けるための平面状の取付面が複数形成されている。そして、この取付面に発熱素子がヒートシンクに伝熱可能な状態で取付面に固定されている。ヒートシンク及びインバータは、保護カバーによって覆われている。すなわち、ヒートシンクは保護カバー内を横断するように配設され、インバータは、ヒートシンクと保護カバーとの間に配設されている。

そして、特許文献１の電動圧縮機において、電動モータの駆動時には、インバータは、電力の供給動作によって熱を発する。この熱は、ヒートシンクに伝えられ、外気に放熱される。また、熱は、熱伝導によってヒートシンクからハウジング側に伝えられ、ハウジングによっても放熱される。さらに、インバータからヒートシンクに伝熱された熱は、ヒートシンクの内側を通過する冷媒に奪われるため、さらに放熱が促進される。その結果、インバータは冷却される。
特開２００１−２６３２４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示の電動圧縮機は、ヒートシンクが保護カバー内を横断するように設けられている。このため、保護カバー内でのインバータの配置位置は限られ、また、インバータの基板の形状も限られてしまい、インバータの設計自由度が小さいという問題があった。

本発明の目的は、発熱素子を効率良く冷却することができるとともに、インバータ収容空間でのインバータの設計自由度を大きくすることにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、中間ハウジング内の電動モータの駆動によって回転軸が回転することにより前記中間ハウジング内の圧縮部が駆動されるとともに、前記中間ハウジングに形成された吸入ポートを介して外部冷媒回路から前記圧縮部に吸入された冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を前記外部冷媒回路へ吐出させるように構成され、さらに、前記中間ハウジングに接合されたインバータハウジング内のインバータ収容空間に前記電動モータを駆動するためのインバータが収容されるとともに、前記電動モータ、前記圧縮部、及び前記インバータが、前記回転軸の軸方向に沿って並ぶように配置された電動圧縮機であって、前記吸入ポートと前記外部冷媒回路とを接続する冷媒吸入配管が、前記インバータ収容空間を取り囲む前記インバータハウジングの外面に沿って同外面に接するように配設されるとともに、前記インバータの発熱素子が前記冷媒吸入配管と対向する位置に配設され、前記冷媒吸入配管と前記発熱素子とが前記インバータハウジングを介して熱的に結合されており、前記冷媒吸入配管における前記インバータハウジングの外面と接する部分は、平面視形状において前記回転軸の軸方向に直線状に延びるように形成されていることを要旨とする。

この発明によれば、発熱素子から発する熱を冷媒吸入配管に伝え、冷媒吸入配管を流れる冷媒に熱を伝えることで、発熱素子を冷却することができる。そして、発熱素子を冷却する構成として、ハウジングの外面に冷媒吸入配管を接触させただけであるため、インバータ収容空間内を自由に使うことができる。よって、発熱素子の配置等の自由度、すなわち、インバータの設計自由度を大きくすることができる。

また、発熱素子が、ハウジングを介して冷媒吸入配管に熱的に結合されるようにハウジングの内面に接合されることによって、ハウジング内に吸入する手前の冷媒により発熱素子の冷却性が向上する。

また、冷媒吸入配管におけるハウジングの外面と接する部分が、直線状に延びるように形成されていることによって、発熱素子を冷却するための構成を簡単に形成することができる。

この発明によれば、発熱素子を効率良く冷却することができるとともに、インバータ収容空間でのインバータの設計自由度を大きくすることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明を電動圧縮機に具体化した第１実施形態を図１、図２にしたがって説明する。なお、図１は、本実施形態の電動圧縮機１０の縦断面図を示すとともに、冷凍回路１１を模式的に示す。図１において、右側を電動圧縮機１０のフロント側（前側）とし、左側を電動圧縮機１０のリヤ側（後側）とする。

まず、車両空調装置の冷凍回路１１について説明する。
図１に示すように、冷凍回路１１は、冷媒を圧縮する電動圧縮機１０と、外部冷媒回路１１１とから構成されている。外部冷媒回路１１１は、電動圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒を液化冷却する凝縮器Ｃと、凝縮器Ｃからの冷媒を絞る膨張弁Ｖと、膨張弁Ｖからの冷媒を蒸発させる蒸発器Ｅとから構成されている。冷凍回路１１には、蒸発器Ｅから蒸発された冷媒の温度を感知する温度センサＳが設けられるとともに、膨張弁Ｖには、温度センサＳからの情報を基に膨張弁Ｖの開度を調節するコントローラＣＮが接続されている。

次に、電動圧縮機１０の構成について説明する。
電動圧縮機１０のハウジングは、ハウジングの中間部分を構成する中間ハウジング１２と、中間ハウジング１２のリヤ側（図１では右側）に接合された吐出ハウジング１３と、中間ハウジング１２のフロント側（図１では左側）に接合されたインバータハウジング１４とから構成されている。中間ハウジング１２と吐出ハウジング１３とは、５本のボルトＢ１（図１では２本のボルトＢ１のみ図示）によって共締めされているとともに、中間ハウジング１２とインバータハウジング１４とは、５本のボルトＢ２（図１では１本のボルトＢ２のみ図示）によって共締めされている。中間ハウジング１２内には、冷媒を圧縮するための圧縮部１８と、圧縮部１８を駆動するための電動モータ１９とが収容されている。

まず、圧縮部１８について説明する。圧縮部１８は、中間ハウジング１２内に固定された固定スクロール２０と、固定スクロール２０に対向配置された可動スクロール２１とで構成されている。固定スクロール２０と可動スクロール２１との間には容積変更可能な圧縮室２２が区画形成されている。また、中間ハウジング１２内には、回転軸２３が収容されているとともに、回転軸２３は中間ハウジング１２によって回転可能に支持されている。

次に、電動モータ１９について説明する。中間ハウジング１２内には、電動モータ１９を構成するロータ２４（回転子）と、ステータ２５（固定子）とが設けられている。中間ハウジング１２内において、ロータ２４は、回転軸２３と一体的に回転するように回転軸２３の外周に固定されている。ロータ２４は、回転軸２３に止着されたロータコア２４１と、ロータコア２４１の周面に設けられた複数の永久磁石２４２とからなる。ステータ２５は、全体として略円環状をなし、中間ハウジング１２の内周面に固定されたステータコア２５１のティース（図示せず）にコイル２６が巻回されて構成されている。

中間ハウジング１２と吐出ハウジング１３との間には吐出室１５が区画形成されるとともに、吐出ハウジング１３の端面には吐出ポート１６が形成されている。また、中間ハウジング１２とインバータハウジング１４との間には、インバータ収容空間Ｋが区画形成されるとともに、中間ハウジング１２の側面には、吸入ポート１７が形成されている。そして、外部冷媒回路１１１の下流域には、蒸発器Ｅの出口と吸入ポート１７とを接続する冷媒吸入配管１７１が接続されるとともに、外部冷媒回路１１１の上流域には、凝縮器Ｃの入口と吐出ポート１６とを接続する冷媒吐出配管１６１が接続されている。圧縮部１８、電動モータ１９及びインバータ３０は、回転軸２３の中心軸Ｌに沿った方向（以下、軸方向とする）に沿って並ぶようにハウジング内に収容されている。

金属製の冷媒吸入配管１７１は、一端が吸入ポート１７に接続され、他端が蒸発器Ｅの出口と接続されている。冷媒吸入配管１７１は、吸入ポート１７からインバータハウジング１４に向かって直線状に延びた後、回転軸２３の軸方向と直交する方向へ延びるように屈曲形成されている。また、冷媒吸入配管１７１の一端側は、中間ハウジング１２のフロント側及びインバータハウジング１４の外面１４１に接触するように配設されている。冷媒吸入配管１７１は、インバータハウジング１４のフロント側端面１４３近傍まで回転軸２３の軸方向に沿って直線状に延びた後、屈曲している。

図２に示すように、冷媒吸入配管１７１には、側面視Ｌ字状のブラケット１７ａが複数（本実施形態では２つ）接合されている。冷媒吸入配管１７１は、ブラケット１７ａとインバータハウジング１４の外面１４１とがボルトＢ３によって共締めされることで、インバータハウジング１４の外面１４１に固定されている。そして、冷媒吸入配管１７１がインバータハウジング１４に固定されることにより、中間ハウジング１２及びインバータハウジング１４と冷媒吸入配管１７１とは熱的に結合され、伝熱可能になっている。

図１に示すように、インバータ収容空間Ｋ内には、電動モータ１９を駆動するためのインバータ３０が収容されるとともに、このインバータ３０により電動モータ１９に電力が供給されるようになっている。インバータ３０は、平板状の基板３０１と、この基板３０１に実装された電気部品３０ａ、３０ｂからなっている。基板３０１は、インバータハウジング１４に固定されている。電気部品３０ａとしては、インバータ３０を構成する発熱素子であるスイッチング素子が挙げられ、電気部品３０ｂとしては、周知の部品である電解コンデンサ、トランス、ドライバ、ダイオード、固定抵抗等が挙げられる。電気部品３０ａは、インバータハウジング１４の内面１４２において、冷媒吸入配管１７１と対向する位置に接合されている。すなわち、電気部品３０ａは、インバータハウジング１４を介して冷媒吸入配管１７１と熱的に結合されている。インバータ３０と電動モータ１９とは、図示しないハーネスによって電気的に接続されている。

さて、上記構成の電動圧縮機１０では、インバータ３０から電動モータ１９に電力が供給されることにより、ロータ２４とともに回転軸２３を回転させる。すると、圧縮部１８において、可動スクロール２１と固定スクロール２０との間の圧縮室２２が容積減少する。そして、冷凍回路１１の蒸発器Ｅから冷媒吸入配管１７１及び吸入ポート１７を介して、中間ハウジング１２内に冷媒が吸入される。さらに、中間ハウジング１２内に吸入された冷媒は、中間ハウジング１２内に設けられた吸入通路２７（図１参照）を経由して圧縮室２２へ吸入されるとともに、圧縮室２２で圧縮される。図１に示すように、圧縮室２２内で圧縮された冷媒は、固定スクロール２０に形成された吐出通路２８から固定スクロール２０の端面に設けられた吐出弁２９を押し退けて吐出室１５へ吐出される。吐出室１５内の冷媒は、冷媒吐出配管１６１を介して外部冷媒回路１１１へ流出して中間ハウジング１２内へ還流する。

電動圧縮機１０の稼動時には、インバータ３０、特に電気部品３０ａは、電力の供給動作によって発熱する。この熱は、インバータハウジング１４を介して冷媒吸入配管１７１に伝えられる。そして、冷媒吸入配管１７１に伝えられた熱は、冷媒吸入配管１７１を通って吸入ポート１７へ流れる冷媒に奪われる。このため、電気部品３０ａが冷却される。

第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）吸入ポート１７と蒸発器Ｅとを接続する冷媒吸入配管１７１は、その一部がインバータハウジング１４の外面１４１に沿うように配設されるとともに、インバータ３０の発熱素子である電気部品３０ａがインバータハウジング１４の内面１４２において、冷媒吸入配管１７１と対向する位置に配設されている。このため、電気部品３０ａから発する熱をインバータハウジング１４を介して冷媒吸入配管１７１に伝え、冷媒吸入配管１７１を流れる冷媒に熱を伝えることで、電気部品３０ａを冷却することができる。そして、電気部品３０ａを冷却する構成として、インバータハウジング１４の外面１４１に冷媒吸入配管１７１を接触させただけであるため、インバータ３０の配置のためにインバータ収容空間Ｋ内を自由に使うことができる。よって、インバータ３０の基板３０１や電気部品３０ａ、３０ｂの配置等の自由度、すなわち、インバータ３０の設計自由度を大きくすることができる。

（２）吸入ポート１７から中間ハウジング１２内に流入された冷媒は、中間ハウジング１２内に収容された電動モータ１９を冷却することによって温められる。よって、電気部品３０ａを冷媒吸入配管１７１と対向する位置における、インバータハウジング１４の内面１４２に接合することで、中間ハウジング１２内に吸入する手前の冷媒、すなわち、蒸発器Ｅで低温低圧となった冷媒により電気部品３０ａを冷却することができる。したがって、中間ハウジング１２内に吸入した冷媒による電気部品３０ａの冷却と比して、電気部品３０ａの冷却性が向上する。

（３）冷媒吸入配管１７１は、インバータハウジング１４の外面１４１と接する部分が、回転軸２３の軸方向の延びる方向に沿って直線状に延びるように形成されている。このため、電気部品３０ａを冷却するための構成を簡単に形成することができる。

（４）さらに、インバータ収容空間Ｋは、中間ハウジング１２にインバータハウジング１４を接合するだけで形成でき、インバータ収容空間Ｋ内の加工を必要としないため、電動圧縮機１０の生産性を良好とすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。なお、図３において、第１実施形態の図１、図２に付した符号と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示し、その重複する説明を省略する。

図３に示すように、インバータ３０を構成する発熱素子である電気部品３０ａは、インバータハウジング１４を貫通するようにしてインバータハウジング１４に埋設されるとともに、冷媒吸入配管１７１の外面１７２に直接接触している。すなわち、電気部品３０ａと冷媒吸入配管１７１とは、熱的に結合している。電気部品３０ａの周囲には、冷媒吸入配管１７１とインバータハウジング１４との間をシールするシール部材１４ａが設けられている。

第２実施形態では、第１実施形態の（２）〜（４）に対応する効果を得ることができるとともに、以下の効果を得ることができる。
（５）電気部品３０ａは、インバータハウジング１４を貫通し、冷媒吸入配管１７１の外面１７２に直接接触している。このため、中間ハウジング１２内に吸入する手前の冷媒により電気部品３０ａの冷却性がさらに向上する。また、冷媒吸入配管１７１を流れる冷媒の一部は、冷媒吸入配管１７１とインバータハウジング１４の外面１４１との間から電気部品３０ａとインバータハウジング１４との間に向かって流れる可能性がある。また、低温低圧の冷媒によって冷却された冷媒吸入配管１７１に付着した水滴が、冷媒吸入配管１７１とインバータハウジング１４の外面１４１との間から電気部品３０ａとインバータハウジング１４との間に向かって流れる可能性がある。しかし、電気部品３０ａの周囲にシール部材１４ａを設けることで、インバータハウジング１４と電気部品３０ａとの間からインバータ収容空間Ｋ内へ冷媒、又は、水滴が侵入することを防ぐことができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図４を用いて説明する。なお、図４において、第１実施形態の図１、図２に付した符号と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示し、その重複する説明を省略する。

図４に示すように、冷媒吸入配管５０の吸入ポート１７側（一端側）は、インバータハウジング１４側に向けて直線状に延びた後、インバータハウジング１４の周方向に沿って延びるとともに、中間ハウジング１２に向けて延びた後、中間ハウジング１２の周方向に沿って延び、さらに、インバータハウジング１４に向けて直線状に延びている。すなわち、冷媒吸入配管５０は、中間ハウジング１２の外面１２１及びインバータハウジング１４の外面１４１と接する部分が、蛇行するように形成されている。よって、冷媒吸入配管５０を平面視すると、Ｓ字状になっている。冷媒吸入配管５０には、側面視Ｌ字状のブラケット１７ａが複数（本実施形態では２つ）接合されている。冷媒吸入配管５０は、ブラケット１７ａとインバータハウジング１４の外面１４１とがボルトＢ３によって共締めされることで、インバータハウジング１４の外面１４１に固定されている。

第３実施形態では、第１実施形態の（１），（２），（４）に対応する効果を得ることができるとともに、以下の効果を得ることができる。
（６）冷媒吸入配管５０は、中間ハウジング１２の外面１２１及びインバータハウジング１４の外面１４１と接する部分が、蛇行するように形成されている。よって、冷媒吸入配管５０が蛇行しているので、電気部品３０ａと対向する部位の面積を大きく確保することができ、電気部品３０ａの冷却性がさらに向上する。

なお、各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第３実施形態においては、冷媒吸入配管５０は平面視するとＳ字状をなしているが、これに限らず、例えば、平面視するとＷ字状になっていてもよい。すなわち、電動圧縮機１０とその周辺機器との位置関係や冷媒吸入配管５０の配置等によって、冷媒吸入配管５０の形状を適宜変更してもよい。

○ 各実施形態において、冷媒吸入配管１７１，５０と対応した位置に配設する発熱素子である電気部品３０ａは、スイッチング素子であったが、これに限らずダイオード等の発熱素子であってもよい。

○ 各実施形態において、圧縮部１８、電動モータ１９及びインバータ３０が、軸方向に順に配置されているが、これに限らず、電動モータ１９、圧縮部及びインバータ３０が軸方向に順に配置されていてもよい。

○ 各実施形態において、圧縮部１８は、固定スクロール２０と可動スクロール２１とで構成されるタイプに限定されるものではなく、例えば、ピストンタイプやベーンタイプなどに変更してもよい。

電動圧縮機の縦断面図。冷媒吸入配管の平面図。別の実施形態を示す電動圧縮機の縦断面図。別の実施形態を示す冷媒吸入配管の平面図。

符号の説明

１０…電動圧縮機、１２…ハウジングを形成する中間ハウジング、１２１，１４１…ハウジングの外面、１３…ハウジングを形成する吐出ハウジング、１４…ハウジングを形成するインバータハウジング、１４ａ…シール部材、１４２…ハウジングの内面、１７…吸入ポート、１７１，５０…冷媒吸入配管、１８…圧縮部、１９…電動モータ、２３…回転軸、３０…インバータ、３０ａ…発熱素子としてのスイッチング素子、１１１…外部冷媒回路、Ｋ…インバータ収容空間。

Claims

中間ハウジング内の電動モータの駆動によって回転軸が回転することにより前記中間ハウジング内の圧縮部が駆動されるとともに、前記中間ハウジングに形成された吸入ポートを介して外部冷媒回路から前記圧縮部に吸入された冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を前記外部冷媒回路へ吐出させるように構成され、さらに、前記中間ハウジングに接合されたインバータハウジング内のインバータ収容空間に前記電動モータを駆動するためのインバータが収容されるとともに、前記電動モータ、前記圧縮部、及び前記インバータが、前記回転軸の軸方向に沿って並ぶように配置された電動圧縮機であって、
前記吸入ポートと前記外部冷媒回路とを接続する冷媒吸入配管が、前記インバータ収容空間を取り囲む前記インバータハウジングの外面に沿って同外面に接するように配設されるとともに、前記インバータの発熱素子が前記冷媒吸入配管と対向する位置に配設され、前記冷媒吸入配管と前記発熱素子とが前記インバータハウジングを介して熱的に結合されており、
前記冷媒吸入配管における前記インバータハウジングの外面と接する部分は、平面視形状において前記回転軸の軸方向に直線状に延びるように形成されていることを特徴とする電動圧縮機。