JP5510490B2 - インバータ一体型電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機構と電動モータが、電動モータの回転軸の軸方向に並んで連結されており、ハウジングの軸方向端部にインバータカバーが周縁部において連結され、インバータカバーとハウジングにより、電動モータを駆動させるためのインバータを収容する収容空間を区画するインバータ一体型電動圧縮機に関する。

特許文献１に開示のインバータ一体型電動圧縮機は、圧縮機ハウジング内にモータが組み込まれるとともに、圧縮機ハウジング内において、モータの回転軸の先端側にスクロール型の圧縮機構が設けられている。そして、モータによって回転軸が回転されると、圧縮機構が駆動されるようになっている。圧縮機ハウジングにおいて、モータを挟んだ圧縮機構と反対側には、仕切壁が設けられるとともに、この仕切壁の外面側にモータ駆動回路が設けられている。モータ駆動回路を収容した圧縮機ハウジングの外部への開口側は、蓋部材（インバータカバー）で覆われている。そして、特許文献１のインバータ一体型電動圧縮機は、回転軸の軸方向に沿って、圧縮機構、モータ、及びモータ駆動回路が同軸上に配置されている。

特開２０１０−１１２２６１号公報

ところで、インバータ一体型電動圧縮機の蓋部材は、圧縮機ハウジングのように高圧の冷媒ガスを密封するためには使用されず、モータ駆動回路を収容した空間を閉鎖するだけでよい。よって、蓋部材は、耐圧設計される必要はなく、インバータ一体型電動圧縮機の軽量化等の目的から薄板状に形成され、軽量化されている。しかし、インバータ一体型電動圧縮機の作動時には、圧縮機構（振動源）での圧縮動作を原因とした振動が、圧縮機ハウジングを伝って蓋部材に伝達されてしまう。すると、蓋部材が振動源の振動に共振してしまうとともに、共振点での共鳴音（異音）が蓋部材から放射されてしまう。

本発明は、振動源の固有振動数との共振点をずらし、共振点のピークを下げてインバータカバーの振動及び異音発生を抑制することができるインバータ一体型電動圧縮機を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジング内に圧縮機構、及び該圧縮機構を駆動させる電動モータが収容されるとともに、前記圧縮機構と前記電動モータが、該電動モータの回転軸の軸方向に並んで連結されており、前記ハウジングの軸方向端部にインバータカバーが周縁部において連結され、前記インバータカバーと前記ハウジングにより、前記電動モータを駆動させるためのインバータを収容する収容空間を区画するインバータ一体型電動圧縮機であって、前記インバータカバーは金属製であるとともに、前記回転軸と同軸上に位置し、かつ前記回転軸と交差する方向に延在する薄板状の底部を有し、前記底部に、該底部に延在する溝部が形成されており、前記溝部によって、前記圧縮機構を振動源とする振動に基づく前記底部の変形を許容し、前記圧縮機構と、前記インバータカバーとの固有振動数の共振点をずらしたことを要旨とする。

これによれば、インバータカバーの底部に溝部が形成されているため、その溝部によって、圧縮機構を振動源とする振動に基づく底部の変形量が、溝部が形成されない場合に比べて大きくなる。そして、底部の変形量が大きくなるのに合わせて底部の固有振動数も変化する。よって、底部に溝部を形成することで、薄板状の底部が振動しても、底部（インバータカバー）と、圧縮機構との固有振動数の共振点をずらすことができる。その結果、インバータカバーの振動及び異音発生を抑制することができる。

また、前記溝部は、前記インバータカバーにおいて前記収容空間と対向する面に形成されていてもよい。これによれば、インバータカバーにおいて収容空間と対向する面の反対面が凹んだり膨らんだりするといった形状に変化はなく、インバータ一体型電動圧縮機の車両への搭載上の観点及び周辺機器との干渉に問題が無い。

前記底部は縦長に形成され、前記溝部は、前記底部の長辺方向に延びるように形成されていてもよい。
これによれば、底部の長辺方向に交差する方向（短辺方向）に溝部を形成する場合と比べると、底部に形成できる溝部の長さが長くなり、底部の変形量をより大きくすることができる。このため、底部の固有振動数も大きく変化させて、インバータ一体型電動圧縮機の振動源の固有振動数から確実にずらすことができる。

また、前記溝部は複数であり、並列に配設されていてもよい。これによれば、底部に溝部が複数形成されると、底部において溝部以外は、溝部より膨らんでおり、底部に凹凸を複数形成することができる。よって、底部に形成される凹凸を増やすことで、底部をより変形しやすくして、共振点をずらしやすくなる。

また、前記複数の溝部のうち、中央に位置する溝部はその他の溝部より延在方向への長さが長く形成されていてもよい。
これによれば、複数の溝部のうち、中央に位置する溝部が長ければ、底部の中央付近が変形しやすくなり、溝部が長ければ、底部が変形しやすくなる。よって、溝部の長さ及び位置を設定することで、底部をより変形しやすくして、共振点をずらしやすくなる。

前記収容空間には、前記インバータカバーと前記インバータとの絶縁を確保する絶縁シートが設けられていてもよい。
これによれば、インバータカバーに溝部を形成しても、溝部は絶縁シートに対し干渉することがないため、絶縁シートによってインバータとインバータカバーとを好適に絶縁することができる。また、例えば、絶縁シートを用いないでインバータとインバータカバーとを絶縁するには、インバータとインバータカバーとの距離を大きく取らなければならず、インバータ一体型電動圧縮機が軸方向に大型化してしまう。しかし、絶縁シートを用いることで、インバータとインバータカバーとの距離を大きく取らなくても絶縁することができ、インバータ一体型電動圧縮機が軸方向に大型化することがなく、しかも、底部に溝部を形成することで、インバータカバーの振動及び異音発生を抑制することができる。

また、前記溝部には防振材が充填されていてもよい。
これによれば、溝部と防振材との併用によって、底部の固有振動数を変更することができる。また、圧縮機構の固有振動数に対し、底部の固有振動数をずらす際、溝部によって固有振動数を変更し、さらに、防振材を使用して、共振点からずれるように固有振動数の変更の微調整を行うことができる。

また、前記溝部は、前記インバータカバーにおいて前記収容空間と対向する面と反対面に形成されていてもよい。これによれば、溝部が収容空間のインバータに干渉することがない。

本発明によれば、振動源の固有振動数との共振点をずらし、共振点のピークを下げてインバータカバーの振動及び異音発生を抑制することができる。

（ａ）は実施形態のインバータ一体型電動圧縮機を示す側断面図、（ｂ）はインバータカバーを示す斜視図。 （ａ）〜（ｃ）はインバータカバーの別例を示す斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、車両に搭載されるインバータ一体型電動圧縮機１０（以下、単に電動圧縮機１０と記載する）は、金属材料製のハウジング１１を有し、ハウジング１１は、一端が開口された有底筒状をなすセンタハウジング１２と、このセンタハウジング１２の開口端に連結された吐出ハウジング１３とから形成されている。センタハウジング１２の開口側には圧縮機構１８が配設されるとともに、この圧縮機構１８と吐出ハウジング１３との間には吐出室１５が区画形成されている。吐出ハウジング１３の端壁（図１（ａ）の左端）には吐出ポート１６が形成されるとともに、吐出ポート１６には図示しない外部冷媒回路が接続されている。センタハウジング１２の周壁には図示しない吸入ポートが形成されるとともに、吸入ポートには外部冷媒回路が接続されている。

圧縮機構１８は、センタハウジング１２の内周面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、センタハウジング１２内の底壁１２ａ側には、圧縮機構１８を駆動させる電動モータ１９が収容されている。具体的には、センタハウジング１２の内周面にはステータ２５（固定子）が固定されている。ステータ２５は環状のステータコア２６と、このステータコア２６に巻装されたコイル２９とから構成されている。ステータ２５の内側には、ロータ２４が配設されるとともに、このロータ２４には回転軸２３が一体的に回転するように固定されている。回転軸２３は、ラジアルベアリング２３ａ，２３ｂを介してセンタハウジング１２によって回転可能に支持されている。ロータ２４は、円筒形状をなすロータコア２４ａを有するとともに、ロータコア２４ａ内には複数の永久磁石２４ｂが埋設されている。

電動モータ１９のコイル２９のコイルエンドからはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各リード線３０（図１（ａ）では１本のみ図示）が引き出されている。センタハウジング１２内には、矩形箱状のクラスタブロック４０が配設されている。クラスタブロック４０内には、接続端子４１が配設されている。各リード線３０は、クラスタブロック４０内で接続端子４１に接続されている。

センタハウジング１２の底壁１２ａの外周縁部からは、環状壁１２ｃが立設されるとともに、この環状壁１２ｃの開口端には、金属材料製のインバータカバー５１が連結されている。そして、底壁１２ａと、環状壁１２ｃと、インバータカバー５１とで囲まれる空間により、収容空間５１ａが区画形成されている。すなわち、センタハウジング１２と、このセンタハウジング１２の周縁部に連結されたインバータカバー５１と、により収容空間５１ａが区画されている。この収容空間５１ａ内には、底壁１２ａの外面に固定されたインバータ６０が設置されている。インバータカバー５１の内側には、インバータカバー５１とインバータ６０との間を絶縁する絶縁シート６１が配設されている。

センタハウジング１２の底壁１２ａには貫通孔１２ｂが形成されている。貫通孔１２ｂには密封端子６２が配設されている。密封端子６２には、電動モータ１９とインバータ６０とを電気的に接続するために用いられる金属端子６３と、この金属端子６３を底壁１２ａに対し絶縁しつつ固定するガラス製の絶縁部材６４とがそれぞれ３本ずつ（図１（ａ）では一本ずつのみ図示）設けられている。金属端子６３の一端はケーブル６５を介してインバータ６０と電気的に接続されている。金属端子６３の他端はセンタハウジング１２内に向けて延び、クラスタブロック４０内で接続端子４１と電気的に接続されている。なお、インバータ６０は、図示しない接続コネクタが一体に取り付けられるとともに、この接続コネクタは、外部電源（車両バッテリ）と電気的に接続されている。そして、本実施形態では、圧縮機構１８、電動モータ１９及びインバータ６０がこの順序で回転軸２３の軸方向に沿って並んで配置されている。すなわち、圧縮機構１８と電動モータ１９が、回転軸２３の軸方向に並んで連結されている。

次に、インバータカバー５１について説明する。
図１（ｂ）に示すように、金属製のインバータカバー５１は、回転軸２３と同軸上に位置し、かつ回転軸２３と直交する方向に延在する薄板状及び縦長形状の底部５２と、この底部５２の周縁から立設された周壁部５３とから、一端に開口する有底箱状に形成されている。そして、インバータカバー５１は、周壁部５３の開口端をセンタハウジング１２の環状壁１２ｃ（周縁部）に当接させた状態でセンタハウジング１２に固定されている。

底部５２の内面であり、収容空間５１ａに対向する面には、底部５２の縦方向（長辺方向）へ細長に延在する溝部５２ａが、底部５２の厚み内で複数箇所（本実施形態では３箇所）に形成されている。複数の溝部５２ａは、互いに平行をなし、それぞれ底部５２の長辺方向に延びるとともに、隣り合う溝部５２ａ同士の間隔が同じとなるように並列されている。また、３つの溝部５２ａのうち、真ん中に形成された溝部５２ａは、その両側の溝部５２ａより延在方向への長さが長く形成されるとともに、３つの溝部５２ａの深さ及び開口幅は同じになっている。すなわち、３つの溝部５２ａは、長さ以外は同じ形状のものが底部５２に形成されている。そして、底部５２に溝部５２ａが形成されることにより、底部５２には厚みが厚い部位（溝部５２ａが形成されていない部位）と、厚みが薄い部位（溝部５２ａが形成された部位）が交互に存在している。

また、溝部５２ａが形成されることにより、底部５２の剛性は、溝部５２ａが形成されない場合と比べて低下している。そして、溝部５２ａの形成位置、形成数、深さ、長さ等は、底部５２（インバータカバー５１）の固有振動数が、圧縮機構１８（振動源）に加え電動モータ１９の固有振動数からずれるように実験により予め設定されている。

次に、電動圧縮機１０の作用について記載する。
さて、車両バッテリから接続端子を介してインバータ６０に電力が供給されるとともに、インバータ６０により電動モータ１９の駆動が制御されると、圧縮機構１８が駆動される。すると、圧縮機構１８及び電動モータ１９の駆動に伴い振動が発生し、この振動が回転軸２３及びセンタハウジング１２を伝ってインバータカバー５１に伝わり、インバータカバー５１が振動する。このとき、溝部５２ａを底部５２に形成することによって、底部５２が振動しても、その固有振動数が圧縮機構１８及び電動モータ１９（振動源）の固有振動数からずれているため、底部５２の固有振動数と振動源の固有振動数との共振点がずれ、共振することが防止される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）インバータカバー５１の底部５２を薄板状に形成するとともに、収容空間５１ａに対向する底部５２の内面に溝部５２ａを形成した。そして、底部５２に溝部５２ａを形成することで、その溝部５２ａによって、圧縮機構１８及び電動モータ１９を振動源とする振動に基づく底部５２の変形量が、溝部５２ａが形成されない場合に比べて大きくなる。そして、底部５２の変形量が大きくなるのに合わせて底部５２の固有振動数も変化する。よって、電動圧縮機１０の振動源（圧縮機構１８及び電動モータ１９）と底部５２との固有振動数の共振点をずらすことができる。その結果、振動源からの振動が底部５２に伝わって、底部５２が振動しても、共振点のピークを下げることができ、インバータカバー５１の振動及び異音発生を抑制することができる。

（２）底部５２に溝部５２ａを形成して、底部５２と振動源との固有振動数の共振点をずらし、共振点のピークを下げた。よって、共振点をずらすための構成を、インバータ６０と接触させることなく設けることができる。特に、底部５２とインバータ６０との間隔は非常に狭いため、溝部５２ａを形成する方が、インバータカバー５１をセンタハウジング１２に組み付ける観点から好適である。

（３）底部５２において、収容空間５１ａに対向する面に溝部５２ａを形成した。よって、インバータカバー５１の外面形状に変化はなく、車両への搭載上の観点及び周辺機器との干渉に問題無く、共振点をずらすことができる。

（４）インバータカバー５１の底部５２とインバータ６０との間に絶縁シート６１を配置し、底部５２とインバータ６０との絶縁を確保した。底部５２に溝部５２ａが形成されていても、溝部５２ａはインバータ６０から遠ざかるように底部５２に形成されているため、溝部５２ａは絶縁シート６１に対し干渉することがない。このため、底部５２に溝部５２ａが形成されていても絶縁シート６１によってインバータ６０とインバータカバー５１とを好適に絶縁することができる。

（５）溝部５２ａによって底部５２の変形量を大きくすることで、底部５２と振動源との固有振動数の共振点をずらした。よって、溝部５２ａの数、位置、大きさ、深さ等を調整する簡単な設定を行うことで、共振点を低周波側にずらしたり、高周波側にずらしたりすることができる。

（６）複数の溝部５２ａは、開口幅及び深さが同じものが互いに平行をなすように底部５２に並列されている。このため、複数の溝部５２ａを底部５２に簡単に加工することができ、インバータカバー５１の振動及び異音発生を抑制する構成を簡単な構成で得ることができる。また、底部５２に溝部５２ａが複数形成されると、底部５２において溝部５２ａ以外は、溝部５２ａより膨らんでおり、底部５２に凹凸を複数形成することができる。よって、底部５２に形成される凹凸を増やすことで、底部５２をより変形しやすくして、共振点をずらすやすくなる。

（７）複数の溝部５２ａは、それぞれインバータカバー５１の長辺方向に延びるように形成されている。このため、例えば、溝部５２ａを底部５２の短辺方向に延びるように形成する場合と比べると、溝部５２ａの長さを長くすることができ、底部５２の変形量を大きくすることができる。このため、底部５２の固有振動数も大きく変化させて、底部５２の固有振動数を振動源の固有振動数から確実にずらすことができる。

（８）複数の溝部５２ａのうち、中央に位置する溝部５２ａはその他の溝部５２ａより延在方向への長さが長く形成されている。このため、中央に位置する溝部５２ａにより、底部５２の中央付近が変形しやすくなり、溝部５２ａが長ければ、底部５２が変形しやすくなる。よって、溝部５２ａの長さ及び位置を設定することで、底部５２をより変形しやすくして、共振点をずらすやすくなる。

（９）さらに、底部５２に複数の溝部５２ａを形成することで、インバータカバー５１を軽量化することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

○ 実施形態では、底部５２に縦長に延びる溝部５２ａを、間隔を空けて３箇所に形成したが、図２（ａ）に示すように、さらに溝部５２ａを追加してもよい。すなわち、溝部５２ａの数、位置、延びる方向は適宜変更してもよい。

○ 図２（ｂ）に示すように、溝部５２ａに、振動を吸収する防振材５６（例えば、シリコン、樹脂、ゴム）を充填してもよい。このように構成すると、防振材５６によっても振動を吸収することができる。よって、溝部５２ａと、防振材５６とを併用して共振点をずらすことができる。また、溝部５２ａで底部５２の固有振動数を変え、さらに、その固有振動数から防振材５６で固有振動数をずらし、底部５２の固有振動数を、振動源の固有振動数からずらす作業の微調整を行うことができる。

○ 実施形態では、インバータカバー５１の底部５２において、収容空間５１ａに対向する面に溝部５２ａを形成したが、図２（ｃ）に示すように、インバータカバー５１の底部５２において、収容空間５１ａと反対面に溝部５２ａを形成してもよい。

○ 実施形態では、溝部５２ａを底部５２の長辺方向に延びるように形成したが、溝部５２ａを、底部５２の長辺方向と直交する方向（短辺方向）に形成してもよい。
○ 実施形態では、圧縮機構１８をスクロール型に具体化したが、圧縮機構１８はベーン型やその他の形式に変更してもよい。

１０…インバータ一体型電動圧縮機、１１…ハウジング、１８…圧縮機構（振動源）、１９…電動モータ、２３…回転軸、５１…インバータカバー、５１ａ…収容空間、５２…底部、５２ａ…溝部、５６…防振材、６０…インバータ、６１…絶縁シート。

Claims (8)

1. ハウジング内に圧縮機構、及び該圧縮機構を駆動させる電動モータが収容されるとともに、前記圧縮機構と前記電動モータが、該電動モータの回転軸の軸方向に並んで連結されており、
   前記ハウジングの軸方向端部にインバータカバーが周縁部において連結され、前記インバータカバーと前記ハウジングにより、前記電動モータを駆動させるためのインバータを収容する収容空間を区画するインバータ一体型電動圧縮機であって、
   前記インバータカバーは金属製であるとともに、前記回転軸と同軸上に位置し、かつ前記回転軸と交差する方向に延在する薄板状の底部を有し、
   前記底部に、該底部に延在する溝部が形成されており、
   前記溝部によって、前記圧縮機構を振動源とする振動に基づく前記底部の変形を許容し、前記圧縮機構と、前記インバータカバーとの固有振動数の共振点をずらしたことを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
2. 前記溝部は、前記インバータカバーにおいて前記収容空間と対向する面に形成されている請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
3. 前記底部は縦長に形成され、前記溝部は、前記底部の長辺方向に延びるように形成されている請求項１又は請求項２に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
4. 前記溝部は複数であり、並列に配設されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
5. 前記複数の溝部のうち、中央に位置する溝部はその他の溝部より延在方向への長さが長く形成されている請求項４に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
6. 前記収容空間には、前記インバータカバーと前記インバータとの絶縁を確保する絶縁シートが設けられている請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
7. 前記溝部には防振材が充填されている請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載のインバータ一体型電動圧縮機。
8. 前記溝部は、前記インバータカバーにおいて前記収容空間と対向する面と反対面に形成されている請求項１に記載のインバータ一体型電動圧縮機。