JP5634202B2 - 電動圧縮機及びその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機や空気調和装置等のヒートポンプ装置の要素機器として用いられる電動圧縮機及びその電動圧縮機に搭載される電動機を制御する制御装置に関するものである。

近年、各種産業機器には、省エネルギー、環境保全を目的に高効率化や省資源化（小型、軽量化）が求められている。特に電動機及び電動機を使った機器（たとえば、電動圧縮機等）に対しての更なる改善が強く求められている。また、電動機の制御装置についても、電動機の高効率運転を実現するため、高性能化が求められている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００１−３２７１７２号公報（たとえば、実施の形態１等）

特許文献１に記載されているような技術は、電動機（詳しくはターミナル）と制御装置のインバータ部とが直接連結されておらず、ケーブル等を介して接続されている。ケーブルには電流検出手段が一般的に設置されているため、ケーブルはそれに必要な長さにする必要がある。また、電動機や内蔵している電動機で駆動される圧縮機は、電動機の損失、機械の摺動による機械損失、圧縮された冷媒ガスの高温化により、通常、高温状態になっている。このような高温状態は、制御装置を高性能化、高信頼性化するにあたって好ましい状態とは言えない。このような状態に対して、制御装置を、圧縮機とは熱的に絶縁（断熱）する対策が必要になる。そうすると、圧縮機と制御装置との間に所定の距離を設けることになり、このことからもケーブルが長くなる。

また、電動機には、インバータ駆動することによるサージ電圧が発生することがわかっている。サージ電圧が発生すると、電動機の巻線（特に電動機の入力端子）に電圧が印加されることになる。電動機の巻線は、一般的にＵＶＷ等に相別されているが、異なる相間（たとえばＵ相とＶ相）には電位差がかかることは言うまでもない。加えて、同相内においても分担電圧が発生したり、相内での電圧降下により隣り合う電線同士にも電位差が発生したりする。これらの電位差は、サージ電圧の大きさに付随して大きくなるということもわかっている。

ところで、圧縮機に用いられる電動機は、冷媒中に設置され、高効率であることが要求されており、これらを理由にエナメル質の皮膜をもつ電線を巻線に用いていることが多い。エナメル質の皮膜の厚さは、数十μｍである。皮膜が厚くなると単位面積当たりの導体の面積が減ってしまい、抵抗の高い電動機となってしまう。そうなると、効率が低減したり、発熱による温度上昇が発生したりして信頼性が低いものになってしまう。したがって、エナメル質の皮膜の厚さは、薄ければ薄い程好ましい。

しかしながら、特許文献１に記載されているような構造を持つインバータ駆動圧縮機用電動機においては、皮膜の厚さを薄くすること（つまり、隣り合う導体の距離を近くすること）、サージ電圧による電位差が高くなることにより、電位差がある閾値を超えると巻線間に部分放電が発生してしまう（パッシェンの法則）。この部分放電は周りの気体が放電する現象であるが、発生した部分放電の大きさと回数により巻線のエナメルが劣化してしまうことが知られている。一般的なエナメル線では８００Ｖ程度の電位差で部分放電が生じ始める。電位差にもよるが数千〜数百万回の部分放電の繰り返しが発生するとエナメルが電食し、絶縁性がなくなる。そうなると、電動機のレアショートの不具合が発生することになる。

サージ電圧については、インバータから電動機までの距離が長いほど、またインバータのスイッチング素子であるトランジスタの立ち上がり速度が速いほど、大きくなることがわかっている（たとえば、電気学会誌１０７巻７号昭和６２年等に掲載）。したがって、長いケーブルを備えた圧縮機用の電動機と制御装置では、サージ電圧による不具合が発生しやすいことになる。特に駆動電圧が４００Ｖを超えるインバータ駆動システムでは注意が必要である。この対応のため、皮膜の厚いエナメル線を使用したり、絶縁部材を設けたりするようにすることが多い。しかしながら、このような対応では、生産性の低下やコストアップ、性能低下という問題が生じることになる。

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、インバータ部と電動機との距離を近くすることができ、サージ電圧の重畳をなくすようにした電動圧縮機及びその制御装置を提供することを目的としている。

本発明に係る電動圧縮機は、流体を圧縮する圧縮機構部と、回転速度が可変に調整され、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、前記圧縮機構部及び前記電動機を収容する密閉容器と、前記密閉容器に設置され、前記密閉容器の内外を電気的に接続するためのターミナルと、駆動電圧を前記電動機に供給するインバータ部と、前記密閉容器に設けられ、前記密閉容器の内部に流体が吸入される吸入管と、を備え、前記電動機の回転速度を調整することで前記圧縮機構部から吐出される流体の容量を調整できる電動圧縮機であって、前記インバータ部は、ワイドギャップバンド半導体素子を有しており、前記密閉容器の外側から前記ターミナルに着脱自在に装着され、前記電動機と電気的に接続され、前記吸入管は、前記ターミナルと略対向する位置に設置されることを特徴とする。
また、本発明に係る電動圧縮機は、流体を圧縮する圧縮機構部と、回転速度が可変に調整され、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、前記圧縮機構部及び前記電動機を収容する密閉容器と、前記密閉容器に設置され、前記密閉容器の内外を電気的に接続するためのターミナルと、駆動電圧を前記電動機に供給するインバータ部と、を備え、前記電動機の回転速度を調整することで前記圧縮機構部から吐出される流体の容量を調整できる電動圧縮機であって、前記インバータ部は、ワイドギャップバンド半導体素子を有しており、前記密閉容器の外側から前記ターミナルに着脱自在に装着され、前記電動機と電気的に接続され、前記ターミナルを、前記密閉容器の内外に突出するように設けられた密封端子ピンで構成し、前記電動機の一部に、前記密閉容器の内部における前記密封端子ピンが接続される密封端子ピン接続部を設け、前記インバータ部が設けられる制御装置の一部に、前記密閉容器の外部における前記密封端子ピンが接続されるピン接合部を設け、前記電動機が前記密閉容器に装着される際に、前記密閉容器内における前記密封端子ピンを前記密封端子ピン接続部に接続し、前記電動機が前記密閉容器に装着された状態で、前記密閉容器の外部における前記密封端子ピンを前記ピン接合部に接続し、前記電動機と前記インバータ部とが接続されることを特徴とする。

本発明に係る電動圧縮機の制御装置は、上記の電動圧縮機に搭載されている前記電動機を制御する制御装置であって、外部情報に基づいて前記電動機の動作を制御する制御部と、電源に接続され、その電源から印加された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、を備え、前記インバータ部は、前記制御部及び前記コンバータ部に接続され、前記制御部からの制御信号に基づいて前記コンバータ部から供給された直流電圧を駆動電圧に再変換して前記電動機に供給することを特徴とする。

本発明に係る電動圧縮機によれば、制御装置のインバータ部にワイドギャップバンド半導体を使用しているので、インバータ部とターミナルとをケーブル類を介さずに接続することが可能になる。したがって、本発明に係る電動圧縮機によれば、ケーブルの長さによるサージ電圧の重畳をなくすことができ、安価で作りやすく、信頼性を向上することが可能になる。

本発明に係る電動圧縮機の制御装置によれば、インバータ部に耐熱温度が高い（４００℃程度）ワイドギャップバンド半導体を使用しているので、熱による損壊の可能性を大幅に低減できる。

本発明の実施の形態に係る電動圧縮機の構成例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る電動圧縮機を上から見た状態を概略的に示す概略平面図である。 本発明の実施の形態に係る電動圧縮機の電動機と制御装置との接続部分の一例を拡大して示す概略拡大図である。 本発明の実施の形態に係る電動圧縮機の電動機と制御装置との接続部分を電動機側から見た状態を拡大して示す概略拡大図である。 本発明の実施の形態に係る電動圧縮機の電動機と制御装置との接続部分を制御装置側から見た状態を拡大して示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電動圧縮機のモーター結線の一例を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る電動圧縮機の制御装置側の接続部分を拡大して示す概略拡大図である。 本発明の実施の形態に係る電動圧縮機の電動機と制御装置との接続部分の別の一例を拡大して示す概略拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電動圧縮機１００の構成例を示す概略構成図である。図１に基づいて、電動圧縮機１００の構成及び動作について説明する。この電動圧縮機１００は、スクロール式圧縮機である場合を例に示しており、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和器、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置（ヒートポンプ装置）の要素機器の一つとなるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

この電動圧縮機１００は、冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。電動圧縮機１００は、圧縮機構部３及び電動機４を有している。圧縮機構部３及び電動機４は、密閉容器（シェル）５内に収納されている。この密閉容器５は、圧力容器となっている。図１に示すように、圧縮機構部３が密閉容器５の上側に配置され、電動機４が密閉容器５の下側に配置されている。この密閉容器５の底部は、冷凍機油３１を貯留する油だめ３２となっている。また、密閉容器５には、冷媒ガスを吸入するための吸入管７と、冷媒ガスを吐出するための吐出管８とが連接されている。さらに、密閉容器５の内側には、ステーター４１、フレーム７０、及び、サブフレーム８０が固定されている。

密閉容器５には、後述する電動機４を電気的に接続するための気密性を有するターミナル６が設置されている。ターミナル６とは、外部の電源と密閉容器５内に収納されている電動機４とを電気的に接続するための入出力端子のことである。このターミナル６は、例えばガラス密封端子（後述する密封端子ピン１３）等で構成されており、密閉容器５の側壁の一部を貫通するように設置されている。つまり、ターミナル６は、密閉容器５の内外を電気的に絶縁しつつ橋渡しをする機能を有している。また、電動圧縮機１００には、電動機４の動作を制御する制御装置２が接続されている。この制御装置２は、ターミナル６を介して電動機４に接続されている。制御装置２は、インバータ部９と、コンバータ部１０と、制御部１１と、で概略構成されている。なお、インバータ部９がターミナル６に装着されることで、制御装置２と電動機４とが電気的に接続されるようになっている。

制御部１１は、電動機４の回転速度や発停をインバータ部９を介して制御する機能を有している。つまり、制御部１１は、入力される外部情報（たとえば、リモコン操作、室内温度、外気温度、冷媒圧力等）に基づいて、電動機４の回転速度を決定し、インバータ部９を介して電動機４の動作を制御するようになっている。コンバータ部１０は、商用電源などに接続し、その電源から印加された交流電圧を直流電圧に変換する機能を有している。このコンバータ部１０は、インバータ部９と接続しており、変換した直流電圧をインバータ部９に供給するようになっている。

インバータ部９は、たとえばインバータボックス等に格納され、コンバータ部１０から供給された直流電圧を任意の周波数の交流電圧、つまり駆動電圧に再変換する機能を有している。この周波数により、電動機４の回転速度が決定されることになる。つまり、制御部１１からの制御信号により、インバータ部９で任意の周波数の交流電圧に再変換し、その駆動電圧に基づいて電動機４の回転速度が決定されるのである。このように、電動圧縮機１００においては、制御部１１により、最適な運転ができるように指示されている。

インバータ部９は、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）素子等のワイドバンドギャップ半導体素子で構成したスイッチング素子を有している。このＳｉＣ素子は、そのバンドギャップが約２．２〜３．０ｅＶ、耐熱温度が約４００℃という特性を有している。つまり、ＳｉＣ素子は、バンドギャップが約１．１ｅＶ、耐熱温度が約１２０℃という特性を有するＳｉ（シリコン）素子等の従来素子よりも耐熱温度が高い。なお、インバータ部９に搭載するスイッチング素子としては、ＳｉＣ素子の他の、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）素子や、ダイヤモンド素子等の他のワイドバンドギャップ半導体素子を用いるようにしてもよい。このワイドバンドギャップ半導体素子とは、Ｓｉ素子よりもバンドギャップが大きい半導体素子のことを称している。

インバータ部９に、耐熱温度が従来素子に比べて高いワイドバンドギャップ半導体素子で構成したスイッチング素子を適用しているので、インバータ部９と電動機４との電気的な接続距離を短くすることが可能になる。つまり、インバータ部９を密閉容器５に近接させることができる。そこで、電動圧縮機１００は、インバータ部９を密閉容器５の外側からターミナル６に着脱自在に装着するようにしている。よって、インバータ部９とターミナル６とをケーブルを介することなく接続することが可能になる。また、インバータ部９と電動機４との電気的な接続距離を飛躍的に短くできる。したがって、サージ電圧の抑制効果が更に増加することになる。

そして、インバータ部９がターミナル６に装着されることで、インバータ部９と電動機４とをターミナル６を介して電気的に接続することができる。なお、図１では、インバータ部９が、機械的強度をもった取付板１２を介して電動圧縮機１００の密閉容器５の外側に取り付けられている状態を例に示している。この取付板１２は、インバータ部９とターミナル６との接続状態を保持する役目を果たしている。取付板１２は、電動圧縮機１００で発生した振動を減衰する機能を有する振動減衰材（たとえば、ゴムやバネ、合成樹脂等の弾性体や振動エネルギーを熱エネルギーに変換可能な制振材等）で構成されている。

圧縮機構部３は、電動機４により駆動され、吸入管７から吸入した冷媒ガスを圧縮して密閉容器５内の吐出空間３３に排出する機能を有している。この圧縮機構部３は、固定スクロール６０と、揺動スクロール５０と、で概略構成されている。なお、吐出空間３３は、電動圧縮機１００内部の上方空間に形成されており、高圧空間となっている。そして、吐出空間３３に排出された冷媒ガスは、吐出空間３３に連通している吐出管８から電動圧縮機１００の外部に吐出されることになる。

固定スクロール６０は、フレーム７０に図示省略のボルト等によって固定されている。固定スクロール６０は、鏡板６１と、鏡板６１の一方の面（紙面下側の面）に立設されたインボリュート曲線形状の渦巻状突起であるラップ部６２と、を有している。また、固定スクロール６０の中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート６３が形成されている。

揺動スクロール５０は、固定スクロール６０に対して自転運動することなく公転旋回運動を行なうようになっている。揺動スクロール５０は、鏡板５１と、鏡板５１の一方の面（紙面上側の面）に立設されたインボリュート曲線形状の渦巻状突起であるラップ部５２と、を有している。また、揺動スクロール５０のラップ部５２形成面とは反対側の面（以下、スラスト面と称する）の略中心部には、中空円筒形状の揺動スクロールボス部５３が形成されている。この揺動スクロールボス部５３には、後述するクランクシャフト４５の上端に設けられた偏心ピン部４６が嵌入（係合）されているのである。

固定スクロール６０と揺動スクロール５０とは、ラップ部６２とラップ部５２とを互いに噛み合わせ、密閉容器５内に装着される。そして、ラップ部５２とラップ部６２との間には、相対的に容積が変化する圧縮室３４が形成される。なお、揺動スクロール５０と固定スクロール６０との間には、揺動スクロール５０の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するためのオルダムリング（図示省略）が配設されている。このオルダムリングは、揺動スクロール５０の自転運動を阻止するとともに、公転旋回運動を可能とする機能を果たすようになっている。

電動機４は、圧縮機構部３で冷媒ガスを圧縮するために、圧縮機構部３を構成する揺動スクロール５０を駆動する機能を果たすようになっている。つまり、電動機４がクランクシャフト４５を介して揺動スクロール５０を駆動することによって、圧縮機構部３で冷媒ガスを圧縮するようになっているのである。電動機４は、クランクシャフト４５に固定されたローター４２と、密閉容器５に固着保持されたステーター４１と、で概略構成されている。ローター４２は、クランクシャフト４５に固定され、ステーター４１への通電が開始することにより回転駆動し、クランクシャフト４５を回転させるようになっている。また、ステーター４１の外周面は焼き嵌め等により密閉容器５に固着支持されている。

クランクシャフト４５は、作用するガス荷重に対し、許容撓み量を確保できる剛性をもち、切削性が良好であって、低コスト化できる材料を選定して構成するとよい。クランクシャフト４５の上端部は、揺動スクロール５０の揺動スクロールボス部５３と回転自在に嵌合する偏心ピン部４６が形成されている。また、クランクシャフト４５の内部には、油だめ３２に貯留してある冷凍機油３１の流路となる給油流路４７が形成されている。そうすれば、油だめ３２に溜まっている冷凍機油３１を、クランクシャフト４５の回転に伴って吸い上げ、圧縮機構部３に給油することが可能になる。

フレーム７０は、密閉容器５の内周面に外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、中心部にクランクシャフト４５が挿通される貫通穴が形成されている。この貫通穴には、クランクシャフト４５を回転自在に支持する主軸受３６が設けられている。このフレーム７０は、密閉容器５内の上方に設置され、クランクシャフト４５の上方部分を支持している。サブフレーム８０も、密閉容器５の内周面に外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、中心部にクランクシャフト４５が挿通される貫通穴が形成されている。この貫通穴には、クランクシャフト４５を回転自在に支持させるため副軸受３７が設けられている。このサブフレーム８０は、密閉容器５内の下方に設置され、クランクシャフト４５の下方部分を支持している。

ここで、電動圧縮機１００の動作について簡単に説明する。
制御部１１により、電動機４の回転速度が決定され、インバータ部９を介して電動機４に駆動電圧が供給される。電動機４に駆動電圧が供給されると、ローター４２は、ステーター４１が発生する回転磁界からの回転力を受けて回転する。それに伴って、ローター４２に固定され、主軸受３６及び副軸受３７に支持されたクランクシャフト４５が回転駆動する。クランクシャフト４５の回転運動は、クランクシャフト４５の偏心ピン部４６及び揺動スクロールボス部５３を介し揺動スクロール５０に伝わる。揺動スクロール５０は、図示省略のオルダムリングにより自転が規制され、公転運動する。

このクランクシャフト４５の回転駆動によって、密閉容器５内の冷媒ガスが固定スクロール６０のラップ部６２と揺動スクロール５０のラップ部５２とにより形成される外周側の圧縮室３４内へ吸い込まれる。なお、冷凍サイクルを循環してきた低温・低圧状態の冷媒は、吸入管７から密閉容器５内に流入するようになっている。圧縮室３４内に取り込まれた冷媒ガスは、揺動スクロール５０の回転とともに徐々に圧縮されながら中心部に向かうようになっている。そして、圧縮室３４で圧縮された冷媒ガスは、高圧の状態となって固定スクロール６０の鏡板６１に形成されている吐出ポート６３から吐出し、吐出空間３３を経由してから電動圧縮機１００の外部へと流出される。なお、圧縮された高圧状態の冷媒は、吐出管８から密閉容器５外部に流出され、冷凍サイクルを循環することになる。

制御部１１は、適宜入力される外部情報を基に、吸入／放出する冷媒量を調整するようになっている。つまり、制御部１１は、外部情報を基にインバータ部９を介して電動機４の回転速度を適宜変更して、冷凍サイクル装置に要求されている運転に応じた適当な量の冷媒を冷媒回路に供給している。したがって、高性能な冷凍サイクル装置が構成されることになる。

上述したように、電動圧縮機１００においては、インバータ部９と電動機４との電気的な接続距離を必要最低限にすることが可能であるので、インバータ部９で生成された電源波形がそのまま電動機４に印加されることになる。よって、電動圧縮機１００によれば、インバータ部９をターミナル６に装着しているので、インバータ部９とターミナル６とを接続するためのケーブルをなくすことができ、ケーブルによるサージ電圧の発生を大幅に抑制することが可能になる。さらに、電動圧縮機１００によれば、インバータ部９とターミナル６とを接続するケーブルの長さに起因するサージ電圧の重畳もなくすことができる。

したがって、電動機４としては電線の皮膜厚さなどの耐電圧特性を上げる必要がなく、低コスト化、高効率化の実現が可能になる。また、Ｓｉ素子等で構成されたスイッチング素子を有する従来のインバータ部では電動圧縮機の熱により損壊してしまう可能性があったが、電動圧縮機１００では、ワイドギャップバンド半導体素子を用いることにより、耐熱温度が高い（４００℃程度）ため、熱により損壊してしまう可能性を大幅に低くすることができる。さらに、従来のインバータ部に比べ、放熱性もよいため、取付板１２にインバータ部９を固定しても、インバータ部９が損壊する可能性が高くなることもない。つまり、取付板１２にインバータ部９を固定すれば、電動圧縮機１００の微振動を熱として放熱することができるので、振動によるインバータ部９の損壊を低減できるのである。

図２は、電動圧縮機１００を上から見た状態を概略的に示す概略平面図である。図２に基づいて、吸入管７と制御装置２（詳しくはターミナル６）との位置関係について説明する。この図２には、ターミナル６及びインバータ部９を透視して示している。上述したように、インバータ部９は、ターミナル６を介して電動機４に接続されている。インバータ部９は、ワイドギャップバンド半導体素子により構成されたスイッチング素子を有している。そして、電動圧縮機１００においては、吸入管７とターミナル６とが対向する位置に配置されるように構成されている。

一般的な冷凍サイクル装置における通常運転では、冷媒は、蒸発器で冷やされてから電動圧縮機１００に戻ってくるようになっている。したがって、吸入管７から流入する冷媒は、圧縮機構部３に吸入されて圧縮されることになるが、圧縮機構部３に吸入されるまでに密閉容器５内部の各部を冷却することができる。一方、冷媒としては、各部を冷却することで熱をもらい、密度が低下し、単位体積あたりの重量が減り、所定の容量が減ってしまうことになる。

そこで、電動圧縮機１００では、ターミナル６に装着されたインバータ部９の発熱を利用するようにしている。つまり、電動圧縮機１００は、ターミナル６と吸入管７とを対向位置（つまり、密閉容器５を平面視した状態において最も離れた位置）に設けることで、吸入冷媒の密閉容器５内部における加熱を減らすことを可能にしている。したがって、吸入冷媒の余計な加熱を低減でき、性能低下を抑制することが可能になる。

また、一般的な冷凍サイクル装置では、液冷媒を吸入してしまう液バック現象が発生することがある。液バック現象とは、冷媒がガス状態ではなく液状態で圧縮機に吸入されてしまうことである。その際、吸入管７の近傍に水滴が付いたり、着氷したりする場合がある。このような場合が発生したとしても、吸入管７とターミナル６とは対向位置に設けておけば、ターミナル６に水滴や氷が付くことを回避でき、水滴は氷による絶縁劣化の抑制にも寄与する。

図３は、電動機４と制御装置２との接続部分の一例を拡大して示す概略拡大図である。図３に基づいて、電動機４と制御装置２との接続例について説明する。図１では、電動機４とターミナル６とが配線で接続されている状態を図示しているが、図３では、電動機４とターミナル６として機能する密封端子ピン１３とが密封端子ピン接続部１４で接続されている状態を図示している。なお、図３では、制御装置２の一部を図示している。

図３では、密閉容器５の側壁の一部に、ターミナル６の一例である密封端子ピン１３が貫通するように、つまり密閉容器５の内外の双方に突出するように設置されている例を図示している。この密封端子ピン１３は、電気的に電動圧縮機１００の内外を導通させる機能を有しており、ガラス等で外周を構成し、その内外の気密性を保ちつつ密閉容器５を貫通するように設けられている。つまり、密封端子ピン１３は、制御装置２と電動機４との間に介在し、両者を電気的に接続するターミナル６としての機能を果たすものである。

電動機４を構成するステーター４１は、薄板状の電磁鋼板を積層した略Ｔ字型形状の複数個の積層鉄心４１ａを環状に組み合わせて構成するとよい。そして、巻線４１ｂは、各積層鉄心４１ａの内周部（ステーター４１の中央側）に突出形成されるティース部４１ｄに絶縁部材（インシュレーター）４１ｅを介して集中巻されるようになっている。図３に示すように、密封端子ピン１３と巻線４１ｂとは、密封端子ピン接続部１４を介して接続されている。密封端子ピン接続部１４は、一端側（図３の下側）が電動機４（詳しくは積層鉄心４１ａ）の絶縁部材４１ｅに装着され、巻線４１ｂと導通するようになっている。また、密封端子ピン接続部１４は、他端側（図３の上側）が密封端子ピン１３に接続されるようになっている。

また、図３に示すように、制御装置２側にも、密封端子ピン１３が挿入可能なピン接合部２ａを形成しておく。図３では、取付板１２にピン接合部２ａを形成している状態を例に示している。このようにすれば、密閉容器５の外部に突出する密封端子ピン１３を制御装置２のピン接合部２ａに挿入するだけで、制御装置２と電動機４とを電気的に接続できることになる。したがって、電動圧縮機１００によれば、密封端子ピン１３をピン接合部２ａに挿入するだけで、インバータ部９をターミナル６に装着させることができ、非常に簡易な操作で制御装置２と電動機４とを簡単に接続することができる。

ピン接合部２ａをインバータ部９に形成しておけば、インバータ部９とターミナル６となる密封端子ピン１３との距離を更に短くすることが可能になる。また、ターミナル６となる密封端子ピン１３と巻線４１ｂとも密封端子ピン接続部１４で接続できるので、これらもケーブルを介さずに接続することが可能になる。なお、ピン接合部２ａをインバータ部９に形成する場合、取付板１２は必須ではないが、図１に示したようにインバータ部９とターミナル６との接続状態を保持する目的で設けてもよい。

図４は、電動機４と制御装置２との接続部分を電動機４側から見た状態を拡大して示す概略拡大図である。図４に基づいて、密封端子ピン接続部１４の具体的な構成について説明する。図１では、電動機４とターミナル６とが配線で接続されている状態を図示しているが、図４では、電動機４とターミナル６として機能する密封端子ピン１３とが密封端子ピン接続部１４で接続されている状態を図示している。

密封端子ピン接続部１４は、密閉容器５の内部に突出する密封端子ピン１３が挿通可能な形状（たとえば、略Ｕ字形状等）を一部に有している立設部１４ａを備えている。密封端子ピン接続部１４をこのような構成とすれば、ターミナル６となる密封端子ピン１３を簡単に接続できる。つまり、密閉容器５に電動機４を装着する際に、電動機４を密閉容器５の内部で下から上に移動させ、密封端子ピン１３を密封端子ピン接続部１４の立設部１４ａに挿通させるだけで、電気的な接続が容易に実現できる。

なお、立設部１４ａの形状を特に限定するものではない。また、密封端子ピン接続部１４の立設部１４ａは、密封端子ピン１３の軸方向と略直交する方向に弾性を有するようにしておくとよい。密封端子ピン接続部１４の立設部１４ａに弾性を備えることにより、密封端子ピン１３との接続に機械的強度を得ることができるだけでなく、電気的に必要な接触力（つまり、接触抵抗を抑える）を得ることができる。また、図４には、ステーター４１の一部（たとえば、Ｕ１相のみ）しか図示していないが、他の相も同様の構成になっている（図７参照）。

図５は、電動機４と制御装置２との接続部分を制御装置２側から見た状態を拡大して示す概略斜視図である。図６は、図３に示すＡ側から見た状態を拡大して示す概略図である。図５及び図６に基づいて、制御装置２の接続について詳細に説明する。図５及び図６では、３相に対応するために３本の密封端子ピン１３が装着されている状態を例に示している。したがって、制御装置２側にもピン接合部２ａが３つ形成されている。

密封端子ピン１３は、上述したように、電気的に電動圧縮機１００の内外を導通させる機能を有しており、密閉容器５の外部にも突出するように設けられている。そして、制御装置２側には、密封端子ピン１３が挿通可能なピン接合部２ａが形成されている。つまり、密閉容器５の外部に突出する密封端子ピン１３を制御装置２のピン接合部２ａに挿入するだけで、インバータ部９をターミナル６にケーブルを介することなく装着することができ、制御装置２と電動機４とを電気的に接続できることになる。

なお、図６に示すように、ピン接合部２ａと、ピン接合部２ａとインバータ部９との接続部分と、に銅パターン９ａを施し、密封端子ピン１３の先端部にねじ山加工を施しておけば、ナット４９等で強固に接続することができる。特に電流容量の課題がある場合には有効な対策である。このようにすれば、ピン接合部２ａと密封端子ピン１３との接続が緩んで外れてしまったり、接触抵抗の問題が生じたりすることを解消できる。よって、更に信頼性の高いものとなる。なお、上述したように、ピン接合部２ａをインバータ部９に形成しておけば、インバータ部９とターミナル６及び電動機４との距離を更に短くすることが可能になる。

図７は、電動機４の結線を説明するための説明図である。図７に基づいて、電動機４の結線について説明する。図７（ａ）が電動機４の結線を模式的に示した模式図を、図７（ｂ）が各層（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の中性点側が接続されてＹ形結線が行なわれている状態を簡略化して示した簡略回路図を、それぞれ表している。

図７（ａ）に示すように、電動機４を構成するステーター４１は、略Ｔ字型形状の複数個の積層鉄心４１ａを環状に組み合わせて構成するとよい。各積層鉄心４１ａの内周部（ステーター４１の中央側）には、巻線４１ｂが集中巻されるティース部４１ｄが突出するように形成されている。そして、積層鉄心４１ａが環状に組み合わされた状態においては、隣り合うティース部４１ｄの間に所定の間隙４３が形成される。巻線４１ｂは、ティース部４１ｄに巻き付けられる。

巻線４１ｂの一端はＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかに対応する密封端子ピン接続部１４（図３及び図４参照）に、巻線４１ｂの他端は中性点Ｎに、それぞれ接続されるようになっている。つまり、巻線４１ｂは、各層（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の中性点側が接続されてＹ形結線が行なわれている（図７（ｂ）参照）。

図８は、電動機４と制御装置２との接続部分の別の一例を拡大して示す概略拡大図である。図８に基づいて、密閉容器５とインバータ部９との間に放熱部材１５を介して電動機４と制御装置２とを接続するようにした場合について説明する。図８に示すように、放熱部材１５を、密閉容器５とインバータ部９との間に設けるようにしてもよい。この放熱部材１５は、絶縁性が高く、熱伝導性の高い材料、たとえばシリコンやアルミ等の金属等を材料として構成するとよい。

インバータ部９は、回路損失などで発熱をするが、放熱部材１５を設けることにより密閉容器５の熱を伝えることができる。密閉容器５内は、冷媒により、冷却、熱交換がなされるため、放熱部材１５を設けることでインバータ部９の発熱を放熱することができるようになる。そのため、インバータ部９の信頼性が向上することになる。また、暖房運転時には、インバータ部９の発熱も放熱部材１５を介して積極的に密閉容器５に伝達するため、回路損失も有効に活用することが可能になる。

なお、図８では、取付板１２と密閉容器５の外壁との間に放熱部材１５を設けている状態を例に示しているが、放熱部材１５に取付板１２の機能を兼用させてもよく、取付板１２に放熱部材１５の機能を兼用させてもよい。また、図８に示すように、放熱部材１５を取付板１２とは別体として設けるようにしてもよい。

以上のように、電動圧縮機１００によれば、インバータ部９にワイドギャップバンド半導体素子により構成されたスイッチング素子を適用しているので、インバータ部９を密閉容器５の外側からケーブル類を介さずにターミナル６に装着することができる。したがって、ケーブル類に起因して発生するサージ電圧の重畳による影響を極力低減することが可能になり、信頼性が向上する。また、電動圧縮機１００によれば、ケーブル類が不要なので、その分安価となり、作りやすいものとなる。

さらに、電動圧縮機１００によれば、制御装置２と電動機４との接続に工夫（密封端子ピン１３、密封端子ピン接続部１４、ピン接合部２ａ）を施しているので、制御装置２と電動機４とを更に簡単に接続することができる。加えて、電動圧縮機１００に放熱部材１５を設ければ、放熱部材１５と密閉容器５内の冷媒との間で熱交換が積極に行なわれることになり、インバータ部９の信頼性向上に更に寄与することが可能になる。

２ 制御装置、２ａ ピン接合部、３ 圧縮機構部、４ 電動機、５ 密閉容器、６ ターミナル、７ 吸入管、８ 吐出管、９ インバータ部、９ａ 銅パターン、１０ コンバータ部、１１ 制御部、１２ 取付板、１３ 密封端子ピン、１４ 密封端子ピン接続部、１４ａ 立設部、１５ 放熱部材、３１ 冷凍機油、３２ 油だめ、３３ 吐出空間、３４ 圧縮室、３６ 主軸受、３７ 副軸受、４１ ステーター、４１ａ 積層鉄心、４１ｂ 巻線、４１ｄ ティース部、４１ｅ 絶縁部材、４２ ローター、４３ 間隙、４５ クランクシャフト、４６ 偏心ピン部、４７ 給油流路、４９ ナット、５０ 揺動スクロール、５１ 鏡板、５２ ラップ部、５３ 揺動スクロールボス部、６０ 固定スクロール、６１ 鏡板、６２ ラップ部、６３ 吐出ポート、７０ フレーム、８０ サブフレーム、１００ 電動圧縮機、Ｎ 中性点。

Claims (8)

1. 流体を圧縮する圧縮機構部と、
   回転速度が可変に調整され、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、
   前記圧縮機構部及び前記電動機を収容する密閉容器と、
   前記密閉容器に設置され、前記密閉容器の内外を電気的に接続するためのターミナルと、
   駆動電圧を前記電動機に供給するインバータ部と、
   前記密閉容器に設けられ、前記密閉容器の内部に流体が吸入される吸入管と、を備え、
   前記電動機の回転速度を調整することで前記圧縮機構部から吐出される流体の容量を調整できる電動圧縮機であって、
   前記インバータ部は、
   ワイドギャップバンド半導体素子を有しており、前記密閉容器の外側から前記ターミナルに着脱自在に装着され、前記電動機と電気的に接続され、
   前記吸入管は、
   前記ターミナルと略対向する位置に設置される
   ことを特徴とする電動圧縮機。
2. 流体を圧縮する圧縮機構部と、
   回転速度が可変に調整され、前記圧縮機構部を駆動する電動機と、
   前記圧縮機構部及び前記電動機を収容する密閉容器と、
   前記密閉容器に設置され、前記密閉容器の内外を電気的に接続するためのターミナルと、
   駆動電圧を前記電動機に供給するインバータ部と、を備え、
   前記電動機の回転速度を調整することで前記圧縮機構部から吐出される流体の容量を調整できる電動圧縮機であって、
   前記インバータ部は、
   ワイドギャップバンド半導体素子を有しており、前記密閉容器の外側から前記ターミナルに着脱自在に装着され、前記電動機と電気的に接続され、
   前記ターミナルを、前記密閉容器の内外に突出するように設けられた密封端子ピンで構成し、
   前記電動機の一部に、前記密閉容器の内部における前記密封端子ピンが接続される密封端子ピン接続部を設け、
   前記インバータ部が設けられる制御装置の一部に、前記密閉容器の外部における前記密封端子ピンが接続されるピン接合部を設け、
   前記電動機が前記密閉容器に装着される際に、前記密閉容器内における前記密封端子ピンを前記密封端子ピン接続部に接続し、
   前記電動機が前記密閉容器に装着された状態で、前記密閉容器の外部における前記密封端子ピンを前記ピン接合部に接続し、
   前記電動機と前記インバータ部とが接続される
   ことを特徴とする電動圧縮機。
3. 前記ターミナルを、前記密閉容器の内外に突出するように設けられた密封端子ピンで構成し、
   前記電動機の一部に、前記密閉容器の内部における前記密封端子ピンが接続される密封端子ピン接続部を設け、
   前記インバータ部が設けられる制御装置の一部に、前記密閉容器の外部における前記密封端子ピンが接続されるピン接合部を設けている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
4. 前記電動機が前記密閉容器に装着される際に、前記密閉容器内における前記密封端子ピンを前記密封端子ピン接続部に接続し、
   前記電動機が前記密閉容器に装着された状態で、前記密閉容器の外部における前記密封端子ピンを前記ピン接合部に接続し、
   前記電動機と前記インバータ部とが接続される
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動圧縮機。
5. 前記ワイドギャップバンド半導体素子は、シリコンカーバイド素子である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
6. 前記インバータ部は、
   振動を減衰する機能を有する振動減衰材で構成された取付板を介して前記ターミナルに装着される
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
7. 前記インバータ部と前記密閉容器との間に、絶縁性及び熱伝導性を有する放熱部材を介在させている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
8. 請求項１〜７のいずれか一項の電動圧縮機に搭載されている前記電動機を制御する制御装置であって、
   外部情報に基づいて前記電動機の動作を制御する制御部と、
   電源に接続され、その電源から印加された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、を備え、
   前記インバータ部は、
   前記制御部及び前記コンバータ部に接続され、前記制御部からの制御信号に基づいて前記コンバータ部から供給された直流電圧を駆動電圧に再変換して前記電動機に供給する
   ことを特徴とする電動圧縮機の制御装置。

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