JP5645605B2 - 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、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、ワイドバンドギャップ半導体素子を有しており、前記密閉容器の低圧空間に設置されている前記電動機に装着され、前記密閉容器内において前記ターミナルに接続されるものであり、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、前記インバータ部の一部に、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、前記インバータ部に直流電源を供給するコ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。

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バンドギャップ半導体を使用しているので、インバータ部を密閉容器内の電動機に装着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）ワイドバンドギャップ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１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１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１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１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１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１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２に係る電動圧縮機の構成例を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１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、空気調和機、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（低圧空間）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。インバータ部９は、密閉容器５の内部に設置されており、密閉容器５の内部でターミナル６に接続されている。コンバータ部１０は、密閉容器５の外部に設置されており、密閉容器５の外部でターミナル６に接続されている。すなわち、インバータ部９とコンバータ部１０とは、ターミナル６を介して電気的に接続されている。

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、機械的強度を有する樹脂でモールドされた状態で密閉容器５内の低圧空間（吸入空間）に設置されている電動機４（詳しくは電動機４を構成する絶縁部材（図２及び図３参照））に装着され、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。そこで、電動圧縮機１００は、インバータ部９を密閉容器５の内部の電動機４に装着するようにしている。よって、インバータ部９と電動機４とをケーブルを要することなく接続することができ、電気的な接続距離を飛躍的に短くできる。また、インバータ部９とターミナル６との電気的な接続距離（密閉容器５の内部配線）も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増加することになる。図１では、インバータ部９が、電動機４の軸方向上部の一部に装着されている状態を例に示している。

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（ほぼゼロ）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と電動機４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も短くすることができるので、そのケーブルに起因するサージ電圧の重畳も低減することができる。

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、ワイドバンドギャップ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。

また、電動圧縮機によれば、インバータ部９が機械的強度を有する樹脂でモールドされているため、インバータ部９の保護に適切な機械的強度を確保することができる。つまり、インバータ部９は、密閉容器５内の圧力条件下でも正常に作動することが可能なのである。また、樹脂により電気的、磁気的な絶縁も確保されるため漏洩電流や電磁ノイズの発生も低減可能となる。

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。したがって、電動圧縮機１００では、インバータ部９を密閉容器５の内部の低圧空間に装着することで、密閉容器５に吸入された冷媒をインバータ部９の冷却に利用することができる。したがって、インバータ部９のスイッチングの回路損失による発熱を冷媒ガスにより効率よく奪い取ることができ、インバータ部９の信頼性の向上が実現する。また、インバータ部９の冷却に必要とされていた部品（たとえば、放熱板や冷却フィン等）を削減することができ、その分のコストを低減できる。

インバータ部９は、機械的強度を有する樹脂でモールドされた成型品（たとえば、インバータボックス等）を介して、または機械的強度を有する樹脂によってモールドされた状態（樹脂被膜により覆われた状態）で電動機４に装着されている。よって、インバータ部９は、樹脂モールドを介して冷媒と接触していることになるので、冷却効率を更に向上することが可能になる。

また、樹脂モールドの機械的強度は、高圧空間に位置させる場合に比較して低くて済み、樹脂モールドの低コスト化につながる。さらに、密閉容器５の内部の低圧空間にインバータ部９を装着するので、樹脂モールドの機械的仕様を簡素にできる。つまり、インバータ部９を、高価な部品を要することなく装着することができ、コストアップを更に抑制することができる。加えて、インバータ部９の取り付け作業に複雑な工程を要することもなくなるので、取り付け作業に要する労力を低減できる。さらに、インバータ部９を電動機４の軸方向上部の一部に装着しているので、冷媒や冷凍機油３１に漬かってしまう頻度を低減することができる。

さらに、インバータ部９のスイッチング素子として適用しているワイドバンドギャップ半導体素子は、放熱性がよく、絶縁性がよいという特性を有しているので、密閉容器５の内部にあっても電動圧縮機１００のサイズアップを抑制することができる。またさらに、インバータ部９を密閉容器５の内部に装着することで、密閉容器５への入力電源が直流電源となり、コンバータ部１０とターミナル６とを２端子で接続することができる。つまり、密閉容器５への入力電源が交流電源であるものに比較し、端子を１つ削減することが可能になる。なお、インバータ部９への通信情報については、インバータ部９に接続している直流電源線を介してインバータ部９に入力可能にしておくとよい。

図２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２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、ターミナル６とインバータ部９とが配線で接続されている状態を図示しているが、図２では、ターミナル６として機能する密封端子ピン１３がインバータ部９に形成した密封端子ピン接続部１４に接続されている状態を図示している。なお、図２では、制御装置２の一部を図示している。

図２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２に示すように、密封端子ピン１３と巻線４１ｂとは、インバータ部９の一部に形成された密封端子ピン接続部１４及びインバータ部９を介して接続されている。インバータ部９は、電動機４を構成している絶縁部材４１ｅに装着されている。密封端子ピン接続部１４は、インバータ部９の一部に密封端子ピン１３を圧入し、嵌入できるような構造にするとよい。

つまり、インバータ部９は、ケーブルを介することなく、密封端子ピン接続部１４を介して密封端子ピン１３と接続している。また、インバータ部９は、ケーブルを介することなく巻線４１ｂと接続され、コンバータ部１０から供給された直流電流を任意の周波数の交流電圧に変換し、巻線４１ｂに供給する。なお、密封端子ピン接続部１４は、インバータ部９の一部（詳しくはインバータ部９を格納している樹脂モールド）に凹部や切欠きを形成し、密封端子ピン１３を圧入することで、密封端子ピン１３が嵌入されるように構成するとよい。密封端子ピン接続部１４に密封端子ピン１３を嵌入させることにより、密封端子ピン１３との機械的強度を得ることができ、また電気的に必要な接触力（接触抵抗を抑える）を得ることができる。

なお、密封端子ピン接続部１４の形状を図示しているものに限定するものではない。密封端子ピン接続部１４は、インバータ部９の一部を立設させ、その一部に密封端子ピン１３が圧入可能な形状（たとえば、略Ｕ字形状等）を形成したような形状としてもよい。密封端子ピン接続部１４をこのような形状とした場合、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。そうすることにより、密封端子ピン１３との接続に機械的強度を更に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）を更に得ることができる。

また、図２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２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、コンバータ部１０を介してターミナル６に接続させることができ、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をコンバータ部１０に形成しておけば、コンバータ部１０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。なお、コンバータ部１０にピン接合部２ａを形成する場合、耐熱対策を施すことに留意が必要である。したがって、ピン接合部２ａをコンバータ部１０に形成する場合、取付板１２は必須ではないが、コンバータ部１０を熱から保護する目的で設けてもよい。

図３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３に基づいて、電動機４と制御装置２との接続部分、特に密封端子ピン１３と密封端子ピン接続部１４との接続部分における具体的な接続例について説明する。図１では、ターミナル６とインバータ部９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、ターミナル６として機能する密封端子ピン１３がインバータ部９に形成した密封端子ピン接続部１４に接続されている状態を図示している。なお、図３には、ステーター４１の一部（たとえば、入力側の直流電源線）しか図示していないが、他の相にも接続される構成になっている（図６参照）。密封端子ピン接続部１４は、２つの直流電源線（入力側、出力側）に対応するように形成されていればよい。たとえば、１つの積層鉄心４１ａに対応する部分に密封端子ピン接続部１４を２つ形成するようにしてもよく、２つの積層鉄心４１ａに対応する部分のそれぞれに密封端子ピン接続部１４を形成するようにしてもよい。

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が挿入可能な形状（たとえば、凹部形状等）としてインバータ部９の一部に形成されている。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に挿通させるだけで、電気的な接続が容易に実現できる。

図４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５は、図２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４及び図５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４及び図５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、コンバータ部１０をターミナル６に接続することができ、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５に示すように、ピン接合部２ａと、ピン接合部２ａとコンバータ部１０との接続部分と、に銅パターン１０ａ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。

図６は、電動機４の結線を説明するための説明図である。図６に基づいて、電動機４の結線について説明する。図６（ａ）が電動機４の結線を模式的に示した模式図を、図６（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６（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を介してインバータ部９（図２及び図３参照）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６（ｂ）参照）。

以上のように、電動圧縮機１００によれば、インバータ部９にワイドバンドギャップ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の内部に設置されている電動機４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。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る電動圧縮機１００ａの構成例を示す概略構成図である。図７に基づいて、電動圧縮機１００ａの構成について説明する。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。

実施の形態１では、インバータ部９を電動機４の軸方向上部の一部に装着した状態を例に示したが、実施の形態２では、インバータ部９を電動機４の軸方向下部の一部に装着した状態を例に示している。すなわち、電動圧縮機１００ａでは、インバータ部９を、密閉容器５内の低圧空間（吸入空間）に設置されている電動機４の軸方向下部の一部に装着され、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。なお、電動圧縮機１００ａのそれ以外の構成については、実施の形態１に係る電動圧縮機１００と同様である。また、電動圧縮機１００ａの動作も、実施の形態１に係る電動圧縮機１００の動作と同様である。

インバータ部９は、回路損失などで発熱をする。電動圧縮機１００ａが運転していない待機中の状態でも適切な通電（たとえば、３相モータの場合、２相のみに低電圧を印加し、電動機４を回転させないような通電）をすることによりインバータ部９の回路損失を発生させることができる。電動圧縮機１００ａでは、吸入管７から液冷媒が流入された場合や、運転待機中に密閉容器５内のガス冷媒が液化した場合等、液冷媒が密閉容器５の内部に溜まってしまう場合がある。このような場合の対策として、電動圧縮機１００ａでは、インバータ部９の回路損失による発熱を、液冷媒の気化に利用するようにしている。

したがって、電動圧縮機１００ａによれば、液冷媒の圧縮機構部３の流入による液圧縮によって発生する圧縮機構部３の損傷や、冷凍機油３１と液冷媒とが圧縮機構部３に混入することによって発生する潤滑不良を効率的に抑制することができ、信頼性を大きく向上できる。

以上のように、電動圧縮機１００ａによれば、インバータ部９にワイドバンドギャップ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の内部に設置されている電動機４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１００ａ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１００ａ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。

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、１０ コンバータ部、１０ａ 銅パターン、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、１００ａ 電動圧縮機、Ｎ 中性点。

Claims (7)

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、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、
   ワイドバンドギャップ半導体素子を有しており、前記密閉容器の低圧空間に設置されている前記電動機に装着され、前記密閉容器内において前記ターミナルに接続されるものであり、
   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、
   前記インバータ部の一部に、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、
   前記インバータ部に直流電源を供給するコ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
   ことを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記インバータ部は、
   前記電動機の軸方向上部又は軸方向下部に装着される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記インバータ部は、
   樹脂によりモールドされた状態で前記電動機に装着される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動圧縮機。
4. 前記インバータ部は、
   前記電動機を構成している絶縁部材に装着される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
5. 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圧入し、
   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、
   前記電動機と前記制御装置とが接続される
   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. 前記ワイドバンドギャップ半導体素子は、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１〜５のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載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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