JP5413435B2

JP5413435B2 - 電動コンプレッサ

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Publication number: JP5413435B2
Application number: JP2011239309A
Authority: JP
Inventors: 健水藤; 慎吾江波; 毅山口
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: CN103089633B; JP2013096298A; EP2587061A2; CN103089633A; US20130108486A1

Description

この発明は、電動コンプレッサに係り、特にインバータアセンブリを備えた電動コンプレッサに関するものである。

一般的な電動コンプレッサは、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動モータと、電動モータの回転を制御するインバータアセンブリとを備えており、インバータアセンブリの内部には、インバータ回路を構成する電子部品が実装された回路基板が収容されている。

特許文献１には、電動コンプレッサのハウジング表面に一体形成された側壁部と、ハウジングとは別体に形成された蓋部材とから構成されるインバータアセンブリの構造が記載されている。この構造では、電子部品が実装された回路基板を蓋部材に取り付けた後に当該蓋部材をハウジング表面に一体形成された側壁部に接合する組み立て手順を採用することにより、蓋部材をハウジングに接合する際には、電子部品や回路基板が蓋部材によって保護される。

特開２００４−２５１１６１号公報

インバータ回路を構成する電子部品や回路基板は、圧縮機構部や電動モータ等の他の機械部品に比べてデリケートである。そのため、電動コンプレッサの組み立て時において、埃等の異物が付着することによって故障したり、意図しない衝撃によって破損したりしてしまうおそれがある。

特許文献１に記載のインバータアセンブリの構造では、電動コンプレッサの組み立て時における電子部品や回路基板への異物の付着や破損をある程度防止することができるが、例えば電子部品のリード部や回路基板の表面は蓋部材に取り付けた後も露出した状態のままであるため、組み立て時における電子部品のリード部や回路基板の表面への異物の付着や破損を十分に防止することはできない。

この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、組み立て時における電子部品や回路基板への異物の付着や破損を防止することができるインバータアセンブリを備えた電動コンプレッサを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る電動コンプレッサは、冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動モータと、圧縮機構部および電動モータを収容するハウジングと、電動モータの回転を制御するインバータアセンブリとを有する電動コンプレッサにおいて、インバータアセンブリは、ハウジングに取り付けられるとともに、基底部および基底部からハウジングの方向に立設された側壁部によって画定される収容室を有するベース部材と、ベース部材の収容室内に配置される回路基板と、回路基板のハウジング側の面上に実装される電子部品とを備え、ベース部材の側壁部は、回路基板のハウジング側の面を越えてハウジングに向けて延び、回路基板と基底部との間、回路基板と側壁部との間、及び回路基板のハウジング側の面上に伝熱性を有する弾性部材を有し、回路基板は弾性部材中に埋没され、弾性部材とハウジングとの間には、隙間が形成されており、電子部品は、その回路基板側の先端部が弾性部材中に埋没されるとともに、その残余が隙間に露出されて、動作時の発熱が放熱されるようハウジングに接するように配置されることを特徴とする。
これにより、組み立て時における電子部品や回路基板への異物の付着や破損を防止することができるインバータアセンブリを備えた電動コンプレッサを得ることができる。

弾性部材は、ゲル状素材によって構成されてもよい。

弾性部材は回路基板と基底部との間に配置されるシート層と、回路基板と側壁部との間及び回路基板のハウジング側の面上に配置される充填層とから構成されてもよい。

この発明によれば、組み立て時における電子部品や回路基板への異物の付着や破損を防止することができるインバータアセンブリを備えた電動コンプレッサを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサの縦断面図である。この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサのインバータアセンブリの内部構造を示す模式断面図である。この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサのインバータアセンブリの組み立て方法、およびハウジングへの取り付け方法を示す模式断面図である。この発明の実施の形態２に係る電動コンプレッサのインバータアセンブリの内部構造を示す模式断面図である。この発明のその他の実施の形態に係る電動コンプレッサのインバータアセンブリの内部構造を示す模式断面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサの縦断面図を図１に示す。
電動コンプレッサ１のハウジング２の内部には、冷媒Ｒを圧縮する圧縮機構部３と、圧縮機構部３を駆動する電動モータ４とが収められている。また、ハウジング２の表面２ａには、電動モータ４の回転を制御するインバータアセンブリ５が取り付けられている。

図１において、吸入口６から吸入された低温低圧の冷媒Ｒは、電動モータ４を経由して圧縮機構部３に吸入され、圧縮機構部３で圧縮されて高温高圧になった後、吐出口７から吐出される。インバータアセンブリ５は、図示しないボルト等の締結手段により圧縮機構部３に吸入される低温低圧の冷媒Ｒが流通する近傍のハウジング表面２ａに取り付けられている。

図２は、インバータアセンブリ５の内部構造を示す模式断面図である。この図に示されるように、インバータアセンブリ５は、アルミニウム等の伝熱性材料によって形成された基底部８ａおよび側壁部８ｂから構成されるベース部材８を備えている。ベース部材８の内部には、基底部８ａおよび基底部８ａからハウジング２の方向に立設された側壁部８ｂによって画定される収容室９が形成されており、収容室９の底部には、次に述べる回路基板１４とベース部材８とを電気的に絶縁するための絶縁シート１０が貼り付けられている。ベース部材８の側壁部８ｂは、収容室９の開口部がハウジング表面２ａを向くように、ハウジング２の延出部２ｂに接合されている。

ベース部材８の収容室９内には、インバータ回路を構成する電子部品１１〜１３が実装された回路基板１４が収容されており、回路基板１４は、ボルト１５，１６によってベース部材８の基底部８ａに設けられた突出部８ｃに固定されている。

電子部品１１〜１３は、例えばスイッチング素子（ＩＧＢＴ等）、ドライバＩＣ、コンデンサ、トランス、コイル等であり、動作時に発熱を伴う素子である。電子部品１１〜１３は、回路基板１４の上面１４ａ（ハウジング表面２ａ側を向く面）に実装されており、アルミニウム等の伝熱性材料によって形成された伝熱性部材１７を介して、ハウジング表面２ａに接するように配置されている。

回路基板１４の下面１４ｂ（ベース部材８の基底部８ａ側を向く面）とベース部材８の基底部８ａとの間、回路基板１４の側面１４ｃとベース部材８の側壁部８ｂとの間、および回路基板１４の上面１４ａには、伝熱性を有する弾性部材１８が配置されており、電子部品１１〜１３のリード部１１ａ〜１３ａは、弾性部材１８に埋没している。また、電子部品１１〜１３の回路基板１４側の先端部である基端部１１ｂ〜１３ｂも弾性部材１８に埋没している。

弾性部材１８は、シリコーン等の初期状態において流動性を有する経時硬化型の素材によって構成されており、インバータアセンブリ５の組み立て時に流動性を有する状態で収容室９内に流し込まれ、時間の経過とともに硬化して弾力性を有するゲル状になる。

ベース部材８の側壁部８ｂは、回路基板１４の上面１４ａを越えてハウジング２に向けて延びているため、流し込まれた弾性部材１８が収容室９の外部に溢れ出るのを防止すると共に、回路基板１４の上面１４ａの弾性部材１８とハウジング表面２ａとの間には、隙間１９が形成される。

上記の構造のインバータアセンブリ５では、電動コンプレッサ１の動作時に電子部品１１〜１３が発する熱は、伝熱性部材１７を介してハウジング表面２ａに伝えられる。先に述べたように、インバータアセンブリ５は、圧縮機構部３に吸入される低温低圧の冷媒Ｒが流通する近傍のハウジング表面２ａに取り付けられているため、このハウジング表面２ａにおいて放熱が行われる。また、電子部品１１〜１３から回路基板１４に伝わった熱は、回路基板１４の全体を覆う弾性部材１８を介してベース部材８に伝えられ、この経路によっても放熱が行われる。

次に、上記の構造のインバータアセンブリ５の組み立て方法、およびハウジング２への取り付け方法について、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して詳細に説明する。
まず、図３（ａ）に示されるように、ベース部材８の収容室９の底部に絶縁シート１０を貼り付ける。次に、図３（ｂ）に示されるように、電子部品１１〜１３を実装した回路基板１４を、ボルト１５，１６によってベース部材８の突出部８ｃに固定する。続いて、図３（ｃ）に示されるように、収容室９内に流動性を有する状態の弾性部材１８を流し込み、回路基板１４の下面１４ｂとベース部材８の基底部８ａとの間、回路基板１３の側面１４ｃとベース部材８の側壁部８ｂとの間、及び回路基板１４の上面１４ａ、さらに電子部品１１〜１３の基端部１１ｂ〜１３ｃまでが弾性部材１８によって覆われるようにした後、弾性部材１８が経時硬化してゲル状になるのを待つ。尚、ベース部材８の側壁部８ｂは、回路基板１４の上面１４ａを越えて上方に延びているため、流し込まれた弾性部材１８が側壁部８ｂを越えて収容室９の外部に溢れ出ることはない。最後に、弾性部材１８が硬化して弾力性を有するゲル状になったら、図３（ｄ）に示されるように、ベース部材８の側壁部８ｂをハウジング２の延出部２ｂに接合することによって、インバータアセンブリ５をハウジング２に取り付ける。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサ１のインバータアセンブリ５では、回路基板１４の下面１４ｂとベース部材８の基底部８ａとの間、回路基板１４の側面１４ｃとベース部材８の側壁部８ｂとの間、及び回路基板１４の上面１４ａ、さらに電子部品１１〜１３の基端部１１ｂ〜１３ｂには、伝熱性を有する弾性部材１８が配置される。また、電動コンプレッサ１の組み立て時には、インバータアセンブリ５をハウジング２に取り付けるのに先だって、電子部品１１〜１３や回路基板１４を弾性部材１８によって覆うことができる。これにより、電動コンプレッサ１の組み立て時において、電子部品１１〜１３や回路基板１４への異物の付着が防止される。また、回路基板１４及び電子部品１１〜１３の基端部１１ｂ〜１３ｂが弾性部材１８に埋没しているので、組み付け時の耐衝撃性が向上する。また、電動コンプレッサ１の動作時においても、圧縮機構部３から伝わる振動は弾性部材１８によって吸収されるため、電子部品１１〜１３や回路基板１４の破損が防止される。

また、ベース部材９とハウジング２とにより区画される空間内全体に弾性部材１８を配置するのではなく、回路基板１４の上面１４に配置された弾性部材１８とハウジング表面２ａとの間には隙間１９が形成される。これにより、弾性部材１８の使用量が少なくて済み、その硬化時間が短いために、インバータアセンブリ５の組み立てに要する時間が短くて済む。また、ベース部材９とハウジング２とにより区画される空間内全体に弾性部材１８を配置すると、温度上昇によるベース部材９とハウジング２とにより区画される空間内の圧力変動に対応するためにベース部材８に空気孔を形成する等の対策を講じる必要があるが、この実施の形態１の構造では、隙間１９によって圧力変動が吸収されるため、そのような対策を講じる必要はい。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電動コンプレッサのインバータアセンブリ２０５の内部構造を図４に示す。尚、以降の説明において、図２の参照符号と同一の符号は、実施の形態１に係る電動コンプレッサ１のインバータアセンブリ５と同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

実施の形態２に係るインバータアセンブリ２０５では、回路基板１４の下面１４ｂとベース部材８の基底部８ａとの間に配置される弾性部材２２０として、αゲル（＠登録商標）等の初期状態において既にゲル状のシートが使用され、回路基板１４の側面１４ｃと側壁部８ｂとの間及び回路基板１４の上面１４ａに配置される弾性部材１８としては、実施の形態１と同様に初期状態において流動性を有する経時硬化型の素材が使用される。

このインバータアセンブリ２０５を組み立てる際には、収容室９の底部に絶縁シート１０と弾性部材２２０とを配置し、回路基板１４をベース部材８の突出部８ｃに固定した後、回路基板１４の上面１４ａおよび側面１４ｃに流動性を有する状態の弾性部材１８を流し込む。

回路基板１４の下面１４ｂに配置される弾性部材２２０として初期状態において既にゲル状のシートを使用することによって、実施の形態１に比べて流動性の弾性部材１８の使用量が少なくて済む。これにより、弾性部材１８の硬化時間がさらに短くなり、インバータアセンブリ２０５の組み立てに要する時間が短縮される。

その他の実施の形態．
実施の形態１，２では、回路基板１４上に実装された電子部品１１〜１３は、伝熱性部材１７を介してハウジング表面２ａに接するように配置されていたが、図５に示されるように、電子部品１１〜１３がハウジング表面３０２ａに直接接するように配置してもよい。

実施の形態１において、弾性部材１８を十分な絶縁特性と強度を有する素材によって構成することにより、絶縁シート１０およびボルト１５，１６を省略してもよい。同様に、実施の形態２において、弾性部材２２０を十分な絶縁特性を有する素材によって構成すると共に、弾性部材１８を十分な強度及び接着力を有する素材によって構成することにより、絶縁シート１０およびボルト１５，１６を省略してもよい。

１電動コンプレッサ、２，３０２ハウジング、３圧縮機構部、４電動モータ、５，２０５，３０５インバータアセンブリ、８ベース部材、８ａベース部材の基底部、８ｂベース部材の側壁部、９収容室、１１〜１３電子部品、１１ｂ〜１３ｂ電子部品の基端部、１４回路基板、１４ａ回路基板の上面（ハウジング側の面）、１４ｂ回路基板の下面（ベース部材側の面）、１４ｃ回路基板の側面、１７伝熱性部材、１８弾性部材、１９，２１９隙間、２２０弾性部材、Ｒ冷媒。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する電動モータと、前記圧縮機構部および前記電動モータを収容するハウジングと、前記電動モータの回転を制御するインバータアセンブリとを有する電動コンプレッサにおいて、
前記インバータアセンブリは、
前記ハウジングに取り付けられるとともに、基底部および該基底部から前記ハウジングの方向に立設された側壁部によって画定される収容室を有するベース部材と、
前記ベース部材の前記収容室内に配置される回路基板と、
前記回路基板の前記ハウジング側の面上に実装される電子部品とを備え、
前記ベース部材の前記側壁部は、前記回路基板の前記ハウジング側の面を越えて前記ハウジングに向けて延び、
前記回路基板と前記基底部との間、前記回路基板と前記側壁部との間、及び前記回路基板の前記ハウジング側の面上に伝熱性を有する弾性部材を有し、前記回路基板は前記弾性部材中に埋没され、前記弾性部材と前記ハウジングとの間には、隙間が形成されており、前記電子部品は、その前記回路基板側の先端部が前記弾性部材中に埋没されるとともに、その残余が前記隙間に露出されて、動作時の発熱が放熱されるよう前記ハウジングに接するように配置されることを特徴とする、電動コンプレッサ。
前記弾性部材は、ゲル状素材によって構成されることを特徴とする、請求項１に記載の電動コンプレッサ。
前記弾性部材は前記回路基板と前記基底部との間に配置されるシート層と、前記回路基板と前記側壁部との間及び前記回路基板の前記ハウジング側の面上に配置される充填層とから構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電動コンプレッサ。