JP5254587B2 - インバータ一体型電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される空調装置用の圧縮機に適用して好適なインバータ装置が一体に組み込まれたインバータ一体型電動圧縮機に関するものである。

昨今、車両に搭載される空調装置用の圧縮機として、インバータ装置を一体に組み込んで構成されるインバータ一体型の電動圧縮機が種々提案されている。このような車載空調装置用のインバータ一体型電動圧縮機は、一般的に、電動モータと圧縮機構とが内蔵されるハウジングの外周にインバータ収容部（インバータボックス）を設け、その内部に高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動モータに給電するインバータ装置を組み込むことにより、空調負荷に応じて電動圧縮機の回転数を可変できるように構成されている。

これらのインバータ装置は、その構成部品として、平滑コンデンサ（キャパシタ）やインダクタコイル、コモンモードコイル等の高電圧部品を備えている（例えば、特許文献１参照）。この高電圧部品のうち、平滑コンデンサ（キャパシタ）は、一般に金属製の外装ケースによって保護された構成（例えば、特許文献２参照）とされているが、インダクタコイル、コモンモードコイル等のコイル部品は、エナメル被覆した絶縁線を巻き付けただけの構成のものが多い。このため、アルミ合金製のインバータ収容部に設置する場合、コイル部品とインバータ収容部との間を絶縁する必要があり、現状では絶縁用シリコンシート等を敷いてコイル部品をインバータ収容部に設置している。

特許第３８２７１５８号公報 特開２００６−１９６６８０号公報

しかしながら、上記のように、絶縁用シリコンシート等を敷いてコイル部品をインバータ収容部に設置する場合には、まずインバータ収容部のコイル部品の設置部位上に接着剤を塗布してから絶縁用シリコンシートを敷き、そこにシリコン系接着剤を流し込んだ後、コイル部品を挿入し、絶縁用シリコンシート上に載置するように設置する必要がある。このため、コイル部品を設置する際の作業性が悪く、しかもシリコンシートは強度、耐久性に難点がある上に値段が高いという問題を有している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、インバータ装置を構成するコイル部品の設置作業性を向上するとともに、絶縁用部材の強度アップとコスト低減を実現できるインバータ一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるインバータ一体型電動圧縮機は、電動モータと圧縮機構とが内蔵されるハウジングの外周にインバータ収容部を設け、その内部に直流電力を三相交流電力に変換して前記電動モータに給電するインバータ装置を収容設置してなるインバータ一体型電動圧縮機において、前記インバータ装置を構成するコイル部品の少なくとも下方部を包囲する成形形状を有し、前記インバータ収容部内に設置されたときに、前記コイル部品と前記インバータ収容部との間に絶縁距離を確保する樹脂製スペーサ部材を備え、該樹脂製スペーサ部材を介して前記コイル部品が前記インバータ収容部内に固定設置されるとともに、前記樹脂製スペーサ部材には、接着剤が浸透可能な穴または隙間が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、コイル部品の少なくとも下方部を包囲する成形形状を有し、インバータ収容部内に設置されたときに、コイル部品とインバータ収容部との間に絶縁距離を確保する樹脂製スペーサ部材をインバータ収容部に設置し、この樹脂製スペーサ部材を介してコイル部品の少なくとも下方部を包囲した状態で、コイル部品をインバータ収容部内に固定設置することができる。これによって、コイル部品を設置する際の作業性を向上させることができる。また、絶縁用部材を樹脂材により成形されたスペーサ部材により構成することができるため、従来のシリコンシートに比べて強度アップならびにコスト低減を図ることができる。更に、樹脂製スペーサ部材に、接着剤が浸透可能な穴または隙間が設けられているため、この穴または隙間から樹脂製スペーサ部材を固定設置するための接着剤を内部側に浸透させることによって、樹脂製スペーサ部材とコイル部品との間も同時に固定することができる。従って、コイル部品の設置作業性を向上させることができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上記のインバータ一体型電動圧縮機において、前記コイル部品と前記樹脂製スペーサ部材との間および前記樹脂製スペーサ部材と前記インバータ収容部との間をそれぞれ固定し、前記コイル部品を前記インバータ収容部内に固定設置してなることを特徴とする。

本発明によれば、コイル部品と樹脂製スペーサ部材との間および樹脂製スペーサ部材とインバータ収容部との間をそれぞれ接着剤あるいは締まり嵌め等によって固定し、コイル部品をインバータ収容部内に固定設置しているため、コイル部品と樹脂製スペーサ部材とインバータ収容部との３者間で相対的変位が生じないように固定することができる。従って、振動等に対してコイル部品を安定的に設置することができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかのインバータ一体型電動圧縮機において、前記コイル部品と前記樹脂製スペーサ部材とを、樹脂材により一体にモールド成形したことを特徴とする。

本発明によれば、コイル部品と樹脂製スペーサ部材とが、樹脂材により一体にモールド成形されているため、コイル部品と樹脂製スペーサ部材とを一体化した状態でインバータ収容部内に固定設置することができる。従って、コイル部品の設置作業性をより向上させることができる。

さらに、本発明のインバータ一体型電動圧縮機は、上述のいずれかのインバータ一体型電動圧縮機において、前記樹脂製スペーサ部材を、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート等の樹脂成形品により構成したことを特徴とする。

本発明によれば、樹脂製スペーサ部材が、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレートによる樹脂成形品により構成されているため、樹脂製スペーサ部材本来の機能であるコイル部品とインバータ収容部との間の絶縁機能を素材の特性を活かして高めることができるとともに、素材自体が安価故に絶縁用スペーサ部材を低コストで製造することができる。

本発明によると、コイル部品の少なくとも下方部を包囲する成形形状を有する樹脂製スペーサ部材を介してコイル部品の少なくとも下方部を包囲した状態でコイル部品をインバータ収容部内に固定設置することができるため、コイル部品を設置する際の作業性を向上させることができるとともに、絶縁用部材を樹脂材により成形されたスペーサ部材によって構成できるため、従来のシリコンシートに比べて強度アップならびにコスト低減を図ることができる。また、樹脂製スペーサ部材に設けられている穴または隙間から樹脂製スペーサ部材を固定設置するための接着剤を内部側に浸透させることによって、樹脂製スペーサ部材とコイル部品との間も同時に固定することができるため、コイル部品の設置作業性を向上させることができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかるインバータ一体型電動圧縮機のインバータ収容部を破断して示す部分縦断面図が示され、図２には、その一部を破断して示す平面図が示されている。インバータ一体型電動圧縮機１は、その外殻を構成するハウジング２を備えている。ハウジング２は、電動モータ９が収容されるモータハウジング３と、図示省略の圧縮機構が収容される圧縮機ハウジング４とをボルト５で一体に締め付け固定することによって構成される。このモータハウジング３および圧縮機ハウジング４は、アルミダイカスト製とされている。

上記ハウジング２の内部に内蔵される電動モータ９および図示省略の圧縮機構は、モータ軸１０（図１参照）を介して連結され、電動モータ９の回転によって圧縮機構が駆動されるように構成されている。モータハウジング３の一端側（図１の右側）には、冷媒吸入ポート６（図２参照）が設けられており、この冷媒吸入ポート６からモータハウジング３内に吸入された低温低圧の冷媒ガスは、電動モータ９の周囲をモータ軸線Ｌ方向に沿って流通後、圧縮機構に吸い込まれて圧縮される。圧縮機構により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、圧縮機ハウジング４内に吐き出された後、圧縮機ハウジング４の一端側（図１の左側）に設けられている吐出ポート７から外部へと送出されるように構成されている。

ハウジング２には、モータハウジング３の一端側（図１の右側）の下部および圧縮機ハウジング４の一端側（図１の左側）の下部の２箇所と、圧縮機ハウジング４の上部側１箇所との計３箇所に、取り付け脚８Ａ，８Ｂ，８Ｃが設けられている。インバータ一体型電動圧縮機１は、この取り付け脚８Ａ，８Ｂ，８Ｃが車両のエンジンルーム内に設置されている走行用原動機の側壁等にブラケットおよびボルトを介して固定設置されることにより搭載される。このインバータ一体型電動圧縮機１は、一般に固定ブラケットを介してそのモータ軸線Ｌ方向を車両の前後方向または左右方向に向け、上下３点で片持ち支持されるのが通常である。

また、モータハウジング３の外周部には、その上方部にボックス形状をなすインバータ収容部１１が一体に成形されている。図１には、このインバータ収容部１１を破断した部分縦断面図が示されている。インバータ収容部１１は、図１，図２に示されるように、上面が開放された所定高さの周囲壁により囲われたボックス構造を有しており、その上面開口部は、図示省略のシール材を介してビス１９によりネジ止め固定されるカバー部材１８で密閉されるようになっている。このインバータ収容部１１の一側面には、２つの電源ケーブル取り出し口１２，１３が設けられ、２本のＰ−Ｎ電源ケーブル１４，１５を介して高電圧電源とインバータ収容部１１内に設置されるインバータ装置２０とを接続できるように構成されている。

インバータ収容部１１内に設置されるインバータ装置２０は、電源ケーブルを接続する図示省略のＰ−Ｎ端子と、電源ラインに設けられる平滑コンデンサ（キャパシタ）２１やインダクタコイル２２および図示省略のコモンモードコイル（以下、単にコイル部品２２という）等の高電圧部品と、インバータ装置２０の中核をなすインバータモジュール２３と、インバータ装置２０内の電気的配線をなす複数のバスバーを絶縁用樹脂材でインサート成形して一体化したバスバーアセンブリ２４と、インバータ装置２０で変換した三相交流電力を電動モータ９に供給するためのガラス密封端子２５等々によって構成される。

上記インバータモジュール２３は、図示省略の複数個の電力用半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ等のパワー素子）とそれを動作させるパワー系制御回路とが実装されたパワー基板と、ＣＰＵ等の低電圧で動作する素子を有する制御および通信回路が実装されたＣＰＵ基板とがモジュール化されて一体的に構成されたものである。

一般にインバータ装置２０に用いられるコイル部品２２は、エナメル被覆した絶縁線を巻き付けただけの構成のものが多く、アルミダイカスト製のインバータ収容部１１内に設置する場合には、インバータ収容部１１との間を絶縁しなければならない。このため、本実施形態では、コイル部品２２をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）あるいはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の樹脂材により成形された樹脂製スペーサ部材（ケース部材）２６を介して設置するようにしている。

樹脂製スペーサ部材（ケース部材）２６は、コイル部品２２の少なくとも下方部を包囲する成形形状を有しており、インバータ収容部１１内に設置した際に、コイル部品２２とインバータ収容部１１との間に必要な絶縁距離を確保できる構成とされている。具体的には、図３に示されるように、円筒形状を有するコイル部品２２の略下半部が嵌装可能なケース状の形状とされている。つまり、上面が開口面２６Ａとされ、四方の側面２６Ｂないし２６Ｅおよび底面２６Ｆが壁面とされた横断面形状が長方形状で、下方の両コーナー部が滑らかな曲面とされたケース形状とされている。

この樹脂製スペーサ部材（ケース部材）２６の各側面２６Ｂないし２６Ｅには、強度を確保するためのリブ２６Ｇが上下方向に延伸されて設けられるとともに、側面２６Ｂ，２６Ｃには、ケース状の樹脂製スペーサ部材２６内部に接着剤を浸透させるための穴２６Ｈが適宜数（本実施形態では各２個）設けられている。なお、このような穴２６Ｈを設けても、絶縁距離を確保する上で影響はない。

また、上記のインバータ収容部１１には、インバータ装置２０を組み込み後、内部空間に防振、防湿用のポッティングジェル２７が、上部に熱膨張を吸収するための一定の空気層を残して充填される。ポッティングジェル２７を充填後、インバータ収容部１１はカバー部材１８によって密閉される構成とされている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記インバータ一体型電動圧縮機１は、以下の通り動作する。高電圧電源から電源ケーブル１４，１５を介して供給された直流電力をインバータ装置２０により空調負荷に対応した所定周波数の三相交流電力に変換し、ガラス密封端子２５を介して電動モータ９に給電することにより、電動モータ９を回転駆動することができる。これにより、圧縮機構が駆動され、モータハウジング３の一端側に設けられている冷媒吸入ポート６を経て吸い込んだ低温低圧の冷媒ガスを高温高圧状態に圧縮する。この高温高圧の圧縮ガスは、圧縮機ハウジング４内に吐き出された後、そこから吐出ポート７を介して外部へと送出される。

冷媒吸入ポート６からハウジング２内に吸入された低温低圧の冷媒ガスは、モータハウジング３の一端部と電動モータ９との間の空間部に吸い込まれ、そこから電動モータ９のステータ外周を通り圧縮機ハウジング４側へと流通され、圧縮機構に吸い込まれる。この間に、モータハウジング３の外周壁を介してインバータ収容部１１内に設置されているインバータ装置２０の構成部品であるＩＧＢＴ等のパワー素子や平滑コンデンサ（キャパシタ）２１、インダクタコイル２２等の発熱部品をハウジング２の内部側から冷却する。

また、上記インバータ装置２０の組み込みに当り、インダクタコイルやコモンモードコイル等のコイル部品２２は、樹脂製スペーサ部材（ケース部材）２６をインバータ収容部１１内にシリコン系接着剤を介して固定設置し、その中にコイル部品２２を挿入することにより設置することができる。この際、コイル部品２２は、穴２６Ｈから樹脂製スペーサ部材２６内に浸透した樹脂製スペーサ部材２６固定用のシリコン系接着剤、あるいは必要に応じて樹脂製スペーサ部材２６内に注入されたシリコン系接着剤により樹脂製スペーサ部材２６と固定される。これらにより、インバータ装置２０の組み込みが完了した後、インバータ収容部１１内には防振、防湿用のポッティングジェル２７が充填され、インバータ収容部１１はカバー部材１８によって密閉される。

しかして、本実施形態によれば、コイル部品２２を樹脂製スペーサ部材（ケース部材）２６内に挿入し、この樹脂製スペーサ部材２２を介してインバータ収容部１１内に必要な絶縁距離を確保して固定設置することができるため、絶縁用シートを敷き、その上にコイル部品２２を載置するように設置していた従来方式に比べ、コイル部品２２を設置する際の作業性を向上させることができる。また、絶縁用部材を樹脂材により成形されたスペーサ部材２６によって構成することができるため、従来のシリコンシートに比べて大幅に強度アップならびにコスト低減を図ることができる。

また、コイル部品２２と樹脂製スペーサ部材２６とインバータ収容部１１との３者間を接着剤により相互に固定しているため、振動等に対してもコイル部品２２を安定的に固定設置することができる。さらに、樹脂製スペーサ部材２６に穴２６Ｈを設け、樹脂製スペーサ部材２６固定用の接着剤が内部に浸透できるようにしているため、その接着剤を用いてコイル部品２２を樹脂製スペーサ部材２６に固定することができる。従って、コイル部品２２の設置を効率的に行うことができ、作業性を向上させることができる。なお、コイル部品２２および樹脂製スペーサ部材２６の固定は、接着剤に代えて締まり嵌め等の機械的手段を用いることも可能である。

また、樹脂製スペーサ部材（ケース部材）２６が、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート等の樹脂成形品により構成されているため、樹脂製スペーサ部材２６本来の機能であるコイル部品２２とインバータ収容部１１との間の絶縁機能を素材の特性を活かして高めることができるとともに、素材自体が安価であるが故に絶縁用スペーサ部材２６を低コストで製造することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、コイル部品２２の構成が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、コイル部品２２と、その少なくとも下方部を包囲する成形形状を有する樹脂製スペーサ部材（ケース部材）２６とを、あらかじめ樹脂材によって一体にモールド成形した構成としている。

上記のように、コイル部品２２と樹脂製スペーサ部材２６とを、あらかじめ樹脂材により一体にモールド成形しておくことによって、コイル部品２２をインバータ収容部１１に設置する際に、コイル部品２２と樹脂製スペーサ部材２６とを一体化した状態でインバータ収容部１１内に固定設置することができる。このように、絶縁用の樹脂製スペーサ部材２６を一体にモールド成形したコイル部品２２を用いることによって、コイル部品２２の設置作業性を一段と向上させることができる。

［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。
本実施形態は、上記した第１および第２実施形態に対して、樹脂製スペーサ部材２６の構成が異なっている。その他の点については、第１および第２実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、樹脂製スペーサ部材を、図４（Ａ）ないし（Ｄ）に示すような変形形状としている。図４（Ａ）には、メッシュ状の半円弧形状をなす樹脂製スペーサ部材３６が示され、図４（Ｂ）には、メッシュ状のかご型形状をなす樹脂製スペーサ部材４６が示され、図４（Ｃ）には、左右一対のカップ状部材５６Ａ，５６Ｂでコイル部品２２を両側面から挟み込む構成の樹脂製スペーサ部材５６が示され、図４（Ｄ）には、一側面が開口されたカップ形状をなす樹脂製スペーサ部材６６が示されている。

コイル部品２２の少なくとも下方部を包囲することができる上記のような形状の樹脂製スペーサ部材３６，４６，５６，６６を用いることによっても、上記した第１実施形態および第２実施形態と同等の作用効果を得ることができる。樹脂製スペーサ部材は、上記以外にも種々変形が可能である。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、圧縮機ハウジング４内に設けられる圧縮機構は、ロータリ式、スクロール式、斜板式等、如何なる形式の圧縮機構であってもよく、特に制限されるものではない。また、インバータ装置２０やその配置構成についても、上記実施形態に制限されるものではなく、平滑コンデンサ（キャパシタ）２１やインダクタコイル２２をインバータ収容部１１の側面側（上記実施形態は後面側）に設置する等種々変形が可能である。また、樹脂製スペーサ部材の材料も上記したＰＥＴおよびＰＢＴに限定されるものではなく、類似の特性を有する樹脂材を使用することができる。

本発明の第１実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機のインバータ収容部を破断して示す部分縦断面図である。 図１に示すインバータ一体型電動圧縮機のインバータ収容部の一部を破断して示す平面図である。 図１に示すインバータ一体型電動圧縮機のコイル部品を設置するための樹脂製スペーサ部材の平面図（Ａ）とその右側面図（Ｂ）および下面図（Ｃ）である。 本発明の第３実施形態に係るインバータ一体型電動圧縮機のコイル部品を設置するための樹脂製スペーサ部材の他の形態（Ａ）ないし（Ｄ）の斜視図である。

１ インバータ一体型電動圧縮機
２ ハウジング
９ 電動モータ
１１ インバータ収容部
２０ インバータ装置
２２ インダクタコイル（コイル部品）
２６，３６，４６，５６，６６ 樹脂製スペーサ部材
２６Ｈ 穴

Claims (4)

1. 電動モータと圧縮機構とが内蔵されるハウジングの外周にインバータ収容部を設け、その内部に直流電力を三相交流電力に変換して前記電動モータに給電するインバータ装置を収容設置してなるインバータ一体型電動圧縮機において、
   前記インバータ装置を構成するコイル部品の少なくとも下方部を包囲する成形形状を有し、前記インバータ収容部内に設置されたときに、前記コイル部品と前記インバータ収容部との間に絶縁距離を確保する樹脂製スペーサ部材を備え、該樹脂製スペーサ部材を介して前記コイル部品が前記インバータ収容部内に固定設置されるとともに、
   前記樹脂製スペーサ部材には、接着剤が浸透可能な穴または隙間が設けられていることを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
2. 前記コイル部品と前記樹脂製スペーサ部材との間および前記樹脂製スペーサ部材と前記インバータ収容部との間をそれぞれ固定し、前記コイル部品を前記インバータ収容部内に固定設置してなることを特徴とする請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
3. 前記コイル部品と前記樹脂製スペーサ部材とを、樹脂材により一体にモールド成形したことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
4. 前記樹脂製スペーサ部材を、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート等の樹脂成形品により構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインバータ一体型電動圧縮機。

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