JP6413640B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮部とモータとが一体に組み合わされた電動の圧縮機に関する。

従来技術の圧縮機は、インバータと一体に構成されている。そしてモーターハウジングに冷却フィンを設けインバータの発熱素子を冷却フィンの裏側に配置している。冷却フィンの周囲には、吸入冷媒が通過する。これによってインバータの発熱素子を、冷却フィンを介して吸入冷媒により冷却している（たとえば特許文献１参照）。

特開２００２−１７４１７８号公報

前述の特許文献１に記載の圧縮機では、モーターハウジングに設けた冷却フィンは吸入冷媒の雰囲気ではあるものの積極的にインバータを吸入冷媒で冷却する構造になっていない。したがって発熱素子を充分に冷却することができないという問題がある。これによって発熱素子の放熱性能を上げる必要があり、発熱素子自体が大きくなったり、個数を増やしたりして放熱している。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、電子部品の冷却効果に優れ圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、駆動回路（１５）を収容する第１ハウジング（２１）と、圧縮部（１２）およびモータ部（１４）を収容する第２ハウジング（２２）と、を含み、第１ハウジングは、駆動回路が配置される空間とは区画され、外部から吸入した流体が流れる第１流路（４２）を備え、第２ハウジングは、第１流路を通過した流体を圧縮部に導く第２流路（３３）を備え、
さらに第１流路に設けられた仕切部材（７１）に対して、上流側に位置する第１の冷却用フィン（７０ａ）と下流側に位置する第２の冷却用フィン（７０ｂ）とを備え、
第１の冷却用フィンと第２の冷却用フィンとは、流体が沿うように流れる面が互いに直交するように設けられており、
駆動回路に含まれる発熱量が異なる複数の駆動部品（５５，５６）のうち、発熱量が多い駆動部品（５６）は第１の冷却用フィンの裏側に近接して設けられ、発熱量が小さい駆動部品（５５）は第２の冷却用フィンの裏側に近接して設けられていることを特徴とする圧縮機である。

このような本発明に従えば、吸入する流体は、第１ハウジング内の第１流路を通過後に第２ハウジング内を流れる。したがって吸入する流体の全量を駆動回路の冷却に用いることができる。また第１ハウジング内には駆動回路が設けられ、第２ハウジング内に圧縮部とモータ部とが設けられている。したがって圧縮部およびモータ部から、駆動回路を遠ざけることができる。これによって圧縮部およびモータ部の熱が、駆動回路に伝達することを抑制することができる。このように吸入流体を用いて駆動回路を効果的に冷却することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

インバータハウジング２１を示す平面図である。 インバータハウジング２１を示す断面図である。 圧縮機１０を示す断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図３を用いて説明する。圧縮機１０は、吸入した流体を圧縮して吐出する電動の圧縮機である。本実施形態の圧縮機１０は、冷媒用電動圧縮機である。冷媒用電動圧縮機（以下、「圧縮機」ということがある）１０は、蒸気圧縮型の冷凍サイクル装置を構成するひとつの部品である。冷凍サイクル装置は、圧縮機１０に加えて、放熱器、減圧器および蒸発器を有する。

圧縮機１０は、冷凍サイクル装置の冷媒循環経路に設けられている。圧縮機１０は、低温低圧の冷媒を吸入し、圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。放熱器は、圧縮機１０から吐出される高温高圧の冷媒を冷却するように、圧縮機１０の下流に設けられている。放熱器は、凝縮性の冷媒が用いられる場合、凝縮器とも呼ばれる。

減圧器は、放熱器によって冷却された高圧冷媒を減圧するように、放熱器の下流に設けられている。蒸発器は、減圧器によって減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させるように、減圧器の下流に設けられている。圧縮機１０は、蒸発器において蒸発した低温低圧の冷媒を吸入するように、蒸発器の下流に設けられている。冷媒は、フロン系の冷媒、二酸化炭素など、種々の冷媒を用いることができる。冷凍サイクル装置の典型的な適用例は、車両用空調装置のための冷凍サイクル装置である。

次に、圧縮機１０に関して説明する。圧縮機１０は、圧縮機構１１を有する圧縮部１２、電動機１３を有するモータ部１４、および駆動回路１５を有する駆動部１６を備える。圧縮部１２、モータ部１４および駆動部１６は、モータ部１４の回転軸１４ａが延在する軸方向に沿って配列されている。図３に示す例では、モータ部１４の両側に、圧縮部１２と駆動部１６とが分散的に配置されている。

また圧縮機１０は、外殻を構成する部材として、インバータハウジング２１、モータハウジング２２およびリヤハウジング２３を備える。インバータハウジング２１内には、駆動部１６が収容される。モータハウジング２２内には、モータ部１４と圧縮部１２の圧縮機構１１が収容される。リヤハウジング２３内には、圧縮部１２の吐出機構１７が収容される。図３に示す例では、モータハウジング２２の両側に、インバータハウジング２１とリヤハウジング２３とが分散的に配置されている。モータハウジング２２とインバータハウジング２１とは別体であり、取り外し可能に構成される。

圧縮部１２は、スクロール型の圧縮機構１１を有する。圧縮部１２は、吸入ポート３１から冷媒を吸入し、冷媒出口３２から圧縮された冷媒を吐出する。吸入ポート３１は、モータ部１４内の冷媒通路３３に連通している。

モータ部１４は、電動機１３を有する。電動機１３は、多相電動機である。モータハウジング２２は、第２ハウジングであって、筒状であり内部に円柱状の空洞を提供する。モータハウジング２２は、一方の端部に底板を有する有底円筒状である。モータハウジング２２の底板には、冷媒を導入するための通路開口３４が形成されている。モータハウジング２２の開口端には、リヤハウジング２３が連結されている。モータハウジング２２の内部空間と圧縮部１２とは、吸入ポート３１を通して連通している。したがってモータハウジング２２は、冷媒通路３３を提供する。

モータ部１４は、圧縮部１２の動力源として機能する。モータ部１４は、電動機１３を提供する回転子３５および固定子３６を備える。回転子３５は、モータハウジング２２に対して回転可能に支持されている。回転子３５の回転軸は、モータハウジング２２の軸方向に沿って延びている。固定子３６は、モータハウジング２２に固定されている。固定子３６は、固定子巻線を備える。モータハウジング２２内において、冷媒は、回転子３５および固定子３６に沿って流れる。したがってモータハウジング２２内は、インバータハウジング２１を通過した冷媒を圧縮部１２に導く第２流路として機能する。この結果、回転子３５および固定子３６は、冷媒によって冷却される。

駆動部１６は、インバータハウジング２１を備える。インバータハウジング２１は、第１ハウジングであって、モータハウジング２２の一端に装着され、モータハウジング２２にボルトなどの機械的締結手段によって固定されている。インバータハウジング２１は、一方の端部に底板を有する有底円筒状、または浅い皿状と呼びうる形状を有している。インバータハウジング２１は、低温低圧の冷媒を導入するための冷媒入口４１を備える。冷媒入口４１は、インバータハウジング２１を貫通する第１流路４２の一部を形成している。インバータハウジング２１内の第１流路４２と、モータハウジング２２の内部空間とは、通路開口３４を通して連通している。またインバータハウジング２１は、駆動回路１５を収容する容器を提供する。第１流路４２は、駆動回路１５が収容される部分とは区画されており、圧縮機１０に吸入される低温低圧の冷媒のための通路を提供する。

駆動回路１５は、電動機１３に電力を供給することにより電動機１３を駆動する。駆動回路１５は、回路基板５３および回路基板５３に実装された駆動部品５４を備える。駆動回路１５は、回路基板５３および駆動部品５４を気密的かつ液密的に封止した回路パッケージとして提供されている。

回路基板５３は、単層または多層の熱硬化性樹脂製のプリント基板である。駆動部品５４は、ＩＣ、抵抗器等の一般的な電気素子５５と、固定子巻線に供給される電力をスイッチング制御するためのパワー素子５６とを含む。パワー素子５６は、駆動回路１５の中で発熱量が大きい複数の電気素子５５をひとつの樹脂パッケージの中に収容している。パワー素子５６は、インバータ回路のためのスイッチングブリッジ回路を提供する複数のスイッチ素子を少なくとも収容している。スイッチ素子は、例えばＩＧＢＴ素子、パワーＭＯＳＦＥＴ素子によって提供される。パワー素子５６は、電力用ダイオードなど付属素子を収容することができる。パワー素子５６は、回路基板５３上に実装されている。

駆動部品５４は、回路基板５３上に実装された接続用の外部接続器６１および内部接続器６２を含む。外部接続器６１は、インバータハウジング２１の底板を貫通して配置されている。外部接続器６１は、駆動回路１５と外部回路との間の電気的な接続、例えば空調装置の制御装置との電気的な接続を提供する。

内部接続器６２は、固定子３６と電気的に接続される。内部接続器６２と固定子巻線との間には、駆動回路１５と固定子巻線とを電気的に接続する内部接続部材が設けられている。内部接続部材は、例えばリード線、バスバーなどによって提供される。

駆動回路１５は、圧縮機１０を制御するための制御装置を提供する。制御装置は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置は、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置（ＭＭＲ）とを有することができる。制御装置は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。

記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。

プログラムは、制御装置によって実行されることによって、制御装置をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。制御装置は、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するための手段と呼ぶことができ、別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成的なブロック、またはモジュールと呼ぶことができる。

制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。

駆動回路１５は、インバータハウジング２１が区画形成する空間内の収容部１８に収容されている。駆動回路１５は、インバータハウジング２１の底板上に固定されている。したがって第１流路４２は、主として駆動回路１５とモータハウジング２２との間に区画形成される。

回路基板５３は、図２に示すように、収容部１８の内部に収容されている。回路基板５３は、板状である。回路基板５３は、その面が、圧縮機１０の回転軸１４ａと直交するように配置されている。回路基板５３の上には、複数の駆動部品５４が並べて配置されている。回路基板５３の上には、パワー素子５６と並べて電気素子５５が実装されている。電気素子５５とパワー素子５６とは、重複することなく、回路基板５３上の異なる位置を占めるように分散的に配置されている。

回路基板５３を挟んだ反対側であって、第１流路４２内には、冷却用フィン７０が配置されている。冷却用フィン７０は、熱交換のための表面積を提供する。冷却用フィン７０は、冷媒への放熱を促進するための形状を有する。冷却用フィン７０は、アルミ製である。冷却用フィン７０は第１流路４２と一体に構成されるので、第１流路４２もアルミ製である。冷却用フィン７０の大きさは、たとえば回路基板５３の面積の半分を下回る面積を占める。駆動部品５４は冷却用フィン７０を経由して冷媒へ放熱可能である。

冷却用フィン７０は、第１流路４２内の２カ所に設けられ、第１の冷却用フィン７０ａが上流側に位置し、第２の冷却用フィン７０ｂが下流側に位置する。第１の冷却用フィン７０ａと第２の冷却用フィン７０ｂとの間には、仕切部材７１が設けられている。

第１の冷却用フィン７０ａは、第１流路４２の冷媒流れにおいて、電気素子５５より上流側のパワー素子５６に近接する位置に配置されている。図示の例では、第１の冷却用フィン７０ａは、第１流路４２内の冷媒流れにおける最上流部に配置されている。電気素子５５は、空間内の冷媒流れにおいて、第１の冷却用フィン７０ａより下流側に位置する第２の冷却用フィン７０ｂに近接する位置に配置されている。

冷媒は、冷媒入口４１から空間に流入した直後に第１の冷却用フィン７０ａに沿って流れる。冷媒は、まず、第１の冷却用フィン７０ａを通過し、その後に、第２の冷却用フィン７０ｂを通過する。したがって第１の冷却用フィン７０ａによってパワー素子５６から冷媒の放熱が促進される。また第２の冷却用フィン７０ｂによって電気素子５５から冷媒の放熱が促進される。換言すると、第１流路４２を通過するときに冷却用フィン７０を通して、その裏側に搭載されているパワー素子５６および電気素子５５を吸入冷媒で冷却する。

図１において蛇行する矢印は冷媒の流れ経路の一例を示す。冷媒は、インバータハウジング２１内の第１流路４２を流れる。やがて、冷媒は、通路開口３４に流れ込む。第１流路４２内には、冷媒流れを変化させる仕切部材７１が設けられている。仕切部材７１は、インバータハウジング２１に冷却用フィン７０とともに一体的に形成されている。冷媒は、仕切部材７１に沿って流れる。この結果、冷媒は、第１流路４２内を蛇行的に流れる。

以上説明したように本実施形態の圧縮機１０は、吸入する冷媒は、インバータハウジング２１内の第１流路４２を通過後にモータハウジング２２内を流れる。したがって吸入する流体の全量を駆動回路１５の冷却に用いることができる。またインバータハウジング２１内には駆動回路１５が設けられ、モータハウジング２２内に圧縮部１２とモータ部１４とが設けられている。したがって圧縮部１２およびモータ部１４から、駆動回路１５を遠ざけることができる。これによって圧縮部１２およびモータ部１４の熱が、駆動回路１５に伝達することを抑制することができる。このように吸入冷媒を用いて駆動回路１５を効果的に冷却することができる。

また本実施形態では、インバータハウジング２１とモータハウジング２２とは別体であり、取り外し可能である。車両側エンジン搭載要件で、圧縮機１０の取り付け等が変更になったりする場合がある。圧縮機１０の取付けなどが変更されるとモータハウジング２２を設計し直す必要があるが、モータハウジング２２の設計ではインバータと冷却フィンの位置関係を考慮する必要がある。したがってモータハウジング２２内に冷却構造があると、冷却構造の共通化が困難という問題がある。しかし本実施形態では、専用のインバータハウジング２１によって構成されることにより車両側エンジン搭載等の要件でモータハウジング２２に変更が必要となったときでもモータハウジング２２の変更のみでインバータハウジング２１を標準化することができる。

さらに本実施形態では、発熱量が多い駆動部品５４であるパワー素子５６は、発熱量が小さい駆動部品５４である電気素子５５よりも、インバータハウジング２１内において第１流路４２の上流側に近い位置に配置されている。これによってインバータハウジング２１内に吸入直後の低温な冷媒によって、高温のパワー素子５６を冷却することができる。これによって冷却効果を向上することができる。

このように本実施形態では、インバータハウジング２１に全量吸入冷媒を通る第１流路４２を設け、更に冷却効果を上げるヒートシンク構造として冷却用フィン７０を一体成形にしたものである。さらに駆動部品５４を冷却する第１流路４２のインバータハウジング２１と、モータ部１４および圧縮機１０を収容するモータハウジング２２を別体にしているので、圧縮機１０およびモータ部１４からの熱害を防止できる。さらに前述の構成を取ることによりパワー素子５６などの発熱素子の温度を素子耐熱温度以下で使用することが可能で、雰囲気温度に左右されない構成とすることができる。このことにより駆動回路１５を構成する素子の小型化が図られ、駆動回路１５自体を小さく構成することができる。

また本実施形態では、パワー素子５６の回路基板５３を隔てた反対側に第１流路４２と冷却用フィン７０を設けている。これによってパワー素子５６の冷却効果を上げ使用範囲を広げることができる。

また本実施形態では、インバータハウジング２１は、アルミ製であり、冷却用フィン７０と一体に形成されている。そしてインバータハウジング２１は、有底筒状であるので、型によってインバータハウジング２１の製造を容易にすることができる。

さらに本実施形態では、第１流路４２には仕切部材７１が設けられている。仕切部材７１は、冷媒の流れを冷媒入口４１と通路開口３４との最短距離に対して迂回させている。これによって第１流路４２内にて冷媒の流れを滞らせることができる。したがって冷媒が滞留している間に、冷却用フィン７０によって熱交換を促進することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、モータハウジング２２を吸入チャンバーとして使われている圧縮機１０の一例を示しているが、このような圧縮機１０の構成に限るものではない。たとえばモータ室を吐出室とし、シャフト中心部を冷却通路として構成されるタイプの圧縮機１０にも適用することができる。

また前述の第１実施形態では、圧縮機構１１はスクロール型であるがスクロール型に限るものではない。他の圧縮機構１１、たとえば斜板式であってもよく、シングルローテンション型（ＳＲ型）であってもよい。

前述の第１実施形態では、流体は冷媒であり、冷媒用電動圧縮機１０であったが、冷媒に限るものではなく、他の流体に適用してもよい。また圧縮機１０は、冷凍サイクルを構成しているが、他の用途に用いてもよい。

１０…圧縮機 １１…圧縮機構 １２…圧縮部 １３…電動機
１４…モータ部 １５…駆動回路 １６…駆動部
２１…インバータハウジング（第１ハウジング）
２２…モータハウジング（第２ハウジング）
３３…冷媒通路（第２流路） ４２…第１流路 ５３…回路基板 ５４…駆動部品
５５…電気素子（駆動部品） ５６…パワー素子（駆動部品）
７０…冷却用フィン ７１…仕切部材

Claims (3)

1. 吸入した流体を圧縮して吐出する電動の圧縮機（１０）であって、
   吸入した流体を圧縮する圧縮部（１２）と、
   前記圧縮部の動力源となるモータ部（１４）と、
   前記モータ部を駆動する駆動回路（１５）と、
   前記駆動回路を収容する第１ハウジング（２１）と、
   前記圧縮部および前記モータ部を収容する第２ハウジング（２２）と、を含み、
   前記第１ハウジングは、前記駆動回路が配置される空間とは区画され、外部から吸入した流体が流れる第１流路（４２）を備え、
   前記第２ハウジングは、前記第１流路を通過した流体を前記圧縮部に導く第２流路（３３）を備え、
   さらに前記第１流路に設けられた仕切部材（７１）に対して、上流側に位置する第１の冷却用フィン（７０ａ）と下流側に位置する第２の冷却用フィン（７０ｂ）とを備え、
   前記第１の冷却用フィンと前記第２の冷却用フィンとは、流体が沿うように流れる面が互いに直交するように設けられており、
   前記駆動回路に含まれる発熱量が異なる複数の駆動部品（５５，５６）のうち、発熱量が多い前記駆動部品（５６）は前記第１の冷却用フィンの裏側に近接して設けられ、発熱量が小さい前記駆動部品（５５）は前記第２の冷却用フィンの裏側に近接して設けられていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとは別体であり、取り外し可能であることを
   特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記仕切部材は、前記第１流路において前記流体の流れを最短距離に対して迂回させていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。

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