JP6667048B2 - クラスタ組立体及びそれを含む電動式圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、クラスタ組立体及びそれを含む電動式圧縮機に係り、より詳しくは、絶縁構造が改善され、装着が簡便なクラスタ組立体及びそれを含む電動式圧縮機に関する。

近年、化石燃料の枯渇と環境汚染などの問題による低公害、高燃費政策に伴い、化石燃料と電気の両方を駆動源とするハイブリッド自動車や電気自動車が脚光を浴びており、それに関する研究が活発に行われている。
ハイブリッド自動車や電気自動車は、電動モータを用いて車両の推進のための動力を得る。したがって、車両空調システムで機械式圧縮機が広く用いられていた頃と異なり、最近は、電動式圧縮機を用いる方向に変化している。

電動式圧縮機は、電気エネルギーを力学的エネルギーに転換する電動モータと、電動モータの回転を制御するインバータと、を含んで構成される。かかる電動式圧縮機の電動モータは、通常、円筒状の回転子と、その外周を囲むコイルが巻かれた固定子と、を含んで構成される。この際、インバータから供給される電電力によってコイルに電流が流れることにより回転子が回転され、このような回転子の回転力が回転軸に伝達され、回転軸から力学的エネルギーの伝達を受けた機械的手段が往復運動または回転運動することで、冷媒を圧縮することになる。
そのため、電動圧縮機にはコイルの端部にインバータから出力信号の供給を受けるためのターミナルが備えられ、ターミナルを固定するためのハウジングが備えられる。

図１及び図２は従来の電動圧縮機に備えられる固定子及びモータターミナルハウジングを示した斜視図である。図１及び図２を基にすると、電動モータには、回転子（図示しない）の外周を囲む円筒状の固定子１０が備えられる。
固定子１０は、中空の円筒状からなり、内部に回転子が軸方向に貫通されるように設けられる。
固定子の内周に形成されたスロットにはコイルが巻かれ、特に、固定子１０の軸方向両端では、スロットに沿って固定子１０の軸方向に並んで巻かれたコイルが固定子１０の外部に露出する。

このように、固定子１０の軸方向両端に露出したコイルが成す部分をコイルエンド２０と言い、より詳細には、図面に示した方向を基準として上端部分を上側コイルエンド２１、下端部分を下側コイルエンド２２と称する。
そして、電動モータの駆動のための３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の電源の供給をモータ駆動回路から受けるために、コイルエンド２０からコイルが引き出され、その端部に３つのターミナル２４が備えられる。また、これを固定するターミナルハウジング３０が固定子１０に着脱可能に設けられる。

一方、ターミナルハウジング３０は電気絶縁性材質の単一部材からなり、３つのターミナル２４が挿入される３つのターミナルスロット３４が一体型ハウジング本体３１を貫通して形成される。３つのターミナル２４はそれぞれ、コイル端部２３を固定するための連結部２４ｂ及びターミナル本体部２４ａを備えており、コイル端部２３が連結部２４ｂに接続された状態で、ターミナル本体部２４ａがターミナルスロット３４に個別的に挿入されてターミナルハウジング３０に固定される。ターミナル本体部２４ａがターミナルスロット３４に固定される位置に対応する位置には、ターミナル本体部２４ａとモータ駆動回路を電気的に連結する連結ピン（図示しない）が挿入される端子孔３２が形成される。
そして、３つのターミナルスロット３４の内部には固定フラップ３５が備えられる。固定フラップ３５は、ターミナルスロット３４の上端面から下端面に向かって水平方向に対して一定の角度を有するように延びており、一定の弾性を有するフラップ状からなって、挿入されたターミナル２４が挿入反対方向に離脱することを防止するストッパの役割を担う。

ところが、ターミナルハウジング３０は、ターミナル２４が挿入される個別ターミナルスロット３４ａ、３４ｂ、３４ｃがハウジング本体３１の外部に露出して形成される。
このような構成では、圧縮機の内部で気体または液体状態で存在する冷媒がターミナル２４に直ちに接触することとなり、冷媒を介して電流が漏れる可能性が高く、３つのターミナル２４間の絶縁能力の弱化をもたらす可能性が高い。
また、図１のとおり、ターミナルハウジングが外周面に装着される電動圧縮機は、ターミナルハウジングのサイズの分だけ、パッケージのサイズが外側に大きくなるため、その分の空間をさらに確保しなければならないという欠点がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、圧縮機の電動モータの固定子から引き出されたコイルの端部に連結されるクラスタの絶縁構造の改善により、電動モータへの装着が簡便なクラスタ組立体及びそれを含む電動式圧縮機を提供することにある。

本発明の実施形態によるクラスタ組立体は、電動モータ２００の固定子２１０に巻かれたコイル２３０から引き出されたコイル２３０の端部に備えられた３つのターミナル５１０と、コイル２３０の端部が挿入されるコイル２３０の挿入孔が形成された第１〜第３コイル固定部５３１、５３２、５３３、及び第１〜第３コイル固定部５３１、５３２、５３３からコイル２３０の長さ方向に一定距離離隔し、ターミナル５１０が収容されるように内部に空間が形成された第１〜第３ターミナル収容部５４１、５４２、５４３を含む分離型クラスタ５２０と、電動モータ２００の軸方向に一側面に結合され、固定子２１０の外周面に沿ってその中央が中空となった形態で形成されており、分離型クラスタ５２０が水平方向に挿入されるように分離型クラスタ５２０の形態に対応して突出形成されたクラスタ挿入部を含むクラスタボディ５６０と、を含むことを特徴とする。

本発明の分離型クラスタ５２０は、上、下分離された構造であって、上部クラスタ５２１及び下部クラスタ５２２の結合からなることが好ましい。
また、分離型クラスタ５２０は、第１〜第３コイル固定部５３１、５３２、５３３と第１〜第３ターミナル収容部５４１、５４２、５４３との間における離隔空間に絶縁性モールディング部材が充填されることがよい。

また、分離型クラスタ５２０は、第１〜第３コイル固定部５３１、５３２、５３３の外側面に位置したコイル２３０の端部側に熱収縮チューブ５５０がそれぞれ結合されることができる。
本発明のクラスタボディ５６０は、軸方向に一側面に位置したインシュレータに載置されることがよい。

また、クラスタボディ５６０は、外周面の一定領域から軸方向に延びる少なくとも１つの固定突起５６１を含むことができる。
また、クラスタボディ５６０は、軸方向に一側に位置した面に環状に突出した少なくとも１つの引き出し線固定部５６２を含むことが好ましい。

また、クラスタボディ５６０は、冷媒が流動されるように貫通形成された少なくとも１つの冷媒通路孔５６３を含むことができる。
また、クラスタボディ５６０は、固定子２１０に巻かれたコイル２３０から３つのコイル２３０が引き出される領域が貫通形成される第１〜第３引き出し孔５７１、５７２、５７３を含むことが好ましい。

本発明の実施形態による電動式圧縮機は、クラスタ組立体５００が電動モータ２００の軸方向に一側面に載置されることを特徴とする。
本発明の電動モータ２００は、クラスタボディ５６０の外周面から軸方向に延びた固定突起５６１が挿入されるように、固定子２１０の外周面に固定スロット２１１が形成されることが好ましい。
また、電動モータ２００は、固定子２１０が集中巻線型であることがよい。

本発明によると、本発明のクラスタ組立体は、圧縮機の電動モータの固定子から引き出されたコイルの端部に連結されるクラスタの絶縁構造が改善され、電動モータへの装着が簡便になる効果がある。
より詳細には、本発明のクラスタには、コイルの端部が挿入されるコイル挿入孔が形成される領域と、ターミナルが収容される空間との間が離隔して形成されており、その間に絶縁性モールディング部材が充填されることで、冷媒がターミナルの内部に流入されることを遮断し、漏電を防止することができる。
また、クラスタは上、下に分離できる構造であって、コイル及びターミナルの連結工程が容易になるように構成されるため、組み立て時間が短縮されるとともに、製造コストが低減されるという利点がある。

尚、本発明は、クラスタが分離型クラスタ及びクラスタボディで構成され、クラスタボディが固定子のコアの軸方向に一側面を囲むように結合されて、クラスタボディの内部に分離型クラスタが挿入され得る空間が備えられることで、電動モータに簡便に装着可能であり、コンパクトな構造にパッケージを最小化することができる。
また、クラスタボディには環状の引き出し線固定部が一体に形成されているため、固定子から引き出されたコアを固定することができ、別の固定手段をさらに備えなくてもよいという利点がある。

従来の電動圧縮機に備えられる固定子及びモータターミナルハウジングを示した斜視図である。 従来の電動圧縮機を説明するための図であって、（ａ）は、電動圧縮機の中心側から見たターミナルハウジングの斜視図、（ｂ）は、電動圧縮機の外側から見たターミナルハウジングの斜視図であり、（ｃ）は、（ａ）のＸ−Ｘ‘断面拡大図である。 本発明の実施形態による電動圧縮機を示した断面図である。 本発明の実施形態によるクラスタ組立体が装着された電動モータを示した斜視図である。 本発明の実施形態によるクラスタ組立体が装着された電動モータを図４と異なる方向から示した斜視図である。 本発明の実施形態によるクラスタ組立体において、クラスタボディを示した斜視図である。 本発明の実施形態によるクラスタ組立体において、分離型クラスタを示した斜視図である。 本発明の実施形態によるクラスタ組立体において、分離型クラスタを示した分解斜視図である。

以下、上記の本発明の実施形態によるクラスタ組立体及びそれを含む電動式圧縮機を添付図面を基にして詳細に説明する。
先ず、図３は、本発明の実施形態による電動圧縮機を示した断面図である。
図３に示したとおり、本発明の実施形態による電動圧縮機は、ハウジング１００に収容される電動モータ２００と、ハウジング１００に収容され、電動モータ２００によって駆動される圧縮機構部３００と、電動モータ２００に電力を供給するモータ駆動回路４００と、を含む。

ここで、電動モータ２００は、中空の円筒状を有し、コイル２３０が巻かれる多数のターミナルスロットが形成された固定子２１０と、コイル２３０に電力が供給されると、固定子２１０の内部で回転される回転子２２０と、コイル２３０の端部に備えられ、モータ駆動回路４００に電気的に連結される複数のターミナルを固定し、固定子２１０に付着されるクラスタ組立体５００と、を含んで構成される。
ここで、電動モータは、固定子に巻かれた形態が集中巻線型及び分布巻線型の何れであってもよいが、固定子の上、下側に突出した領域が短く、巻線抵抗の少ない集中巻線型であることが好ましい。

ハウジング１００の内部には一定の空間が形成されており、空間に電動モータ２００及び圧縮機構部３００が収容される。ハウジング１００は、圧縮機構部３００を収容する第１ハウジングと、電動モータ２００を収容する第２ハウジングと、を含み、これら第１ハウジングと第２ハウジングは一体に形成されてもよく、図３に示したとおり別の部材として形成されてもよい。
ハウジング１００の材質は、金属材質、特に、一定の剛性を有し、且つ比較的低い重量を有するアルミニウム系の材質が好ましい。
圧縮機構部３００は、電動モータ２００で発生する回転駆動力を駆動軸２０１から受けて冷媒を圧縮する部分であって、第１ハウジングの内部で駆動軸２０１から回転動力の伝達を受けて回転するように装着される旋回スクロールと、この旋回スクロールと対を成して冷媒を圧縮し、圧縮機の外部に吐出させる固定スクロールと、を含んで構成される。

図３には、旋回スクロールと固定スクロールを含むスクロール方式の圧縮機を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、斜板式などの他の方式の圧縮機構が適用され得ることはいうまでもない。
電動モータ２００は、電動圧縮機の回転動力を生成する駆動源であって、第２ハウジングの内部に固定式で結合される固定子２１０と、この固定子２１０の内部に位置する回転子２２０と、この固定子２１０の回転動力を後述の圧縮機構部３００に伝達する駆動軸２０１と、を含んで構成される。
固定子２１０は、回転子２２０とともに回転駆動力を生成する駆動部分であって、一種の電磁石であり、第２ハウジングの内周面上に圧入などの方式により固定されて装着されるコアと、このコアに巻かれるコイルと、からなる。

図３に示したとおり、コアは中空円筒状の部材であって、駆動軸２０１と同軸に回転子２２０が挿入される通孔が形成されており、コアの内周面には、複数のリブが半径方向内側に突出し、且つ円周方向に一定の間隔で配列されることで、通孔を形成する。
一方、回転子２２０は、固定子２１０の内側の通孔に同軸に装着されて回転される部分であって、固定子２１０のコア中央の通孔に回転可能に挿入されており、中心軸に沿って配列される駆動軸２０１、及びこの駆動軸２０１の外周面に付着される永久磁石が備えられる。駆動軸２０１は、回転子２２０と一体に形成されてもよく、別の部材として備えられてもよい。

この構成により、回転子２２０は、固定子２１０が励磁された時に、モータの駆動原理に従って固定子２１０との相互作用により回転駆動する。
モータ駆動回路４００は、各種回路素子４１０が備えられる回路基板４２０を含んで構成され、ここで、回路基板上に実装される各種駆動回路及び素子は、接続端に電気的に接続されたターミナルを介して印加される外部電源の電力線からの電力供給を受けて作動することで、電動モータ２００に動力を供給し、電動モータ２００の作動を制御する。

一方、図４及び図５に示したとおり、本発明の実施形態によるクラスタ組立体５００は、電動モータ２００の固定子２１０に巻かれたコイル２３０から引き出されたコイル２３０の端部に備えられた３つのターミナル５１０と、ターミナル５１０が収容される分離型クラスタ５２０と、電動モータ２００の一側面に結合され、分離型クラスタ５２０が挿入されることで、分離型クラスタ５２０が電動モータ２００の一側面に固定されるクラスタボディ５６０と、を含んで形成される。
より詳しく説明すると、ターミナル５１０は、電動モータの駆動のための３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の電源の供給をモータ駆動回路から受けるために、固定子２１０に巻かれたコイル２３０から引き出されてその端部に備えられる。

ターミナル５１０は、固定子２１０に巻かれたコイル２３０の端部が把持された部分に電気的に接続されて連結されるものであって、クランピングによって結合されることが一般的である。
次に、図７に示したとおり、分離型クラスタ５２０は、コイル２３０の端部が挿入されるコイル２３０の挿入孔が形成された第１〜第３コイル固定部５３１、５３２、５３３と、第１〜第３コイル固定部５３１、５３２、５３３からコイル２３０の長さ方向に一定距離離隔し、ターミナル５１０が収容されるように内部に空間が形成された第１〜第３ターミナル収容部５４１、５４２、５４３と、を含む。

ここで、図８に示したとおり、分離型クラスタ５２０は上、下に分離された構造であって、上部クラスタ５２１及び下部クラスタ５２２の結合からなる。
上部クラスタ５２１及び下部クラスタ５２２は、コイル２３０の挿入孔の中心部を基準として分離型クラスタ５２０を上、下分離させたものであって、それらの結合は、別の結合手段または接着手段によって様々な方法で結合されることができる。

分離型クラスタ５２０は、上部クラスタ５２１及び下部クラスタ５２２が分離された状態で、ターミナル５１０が結合されたコイル２３０の端部においてターミナル５１０の前端領域のコイル２３０がコイル２３０の挿入孔に置かれ、ターミナル５１０が第１〜第３ターミナル収容部５４１、５４２、５４３に収容されるように配置された後、上部クラスタ５２１及び下部クラスタ５２２を結合させる。
ここで、分離型クラスタ５２０は、第１〜第３コイル固定部５３１、５３２、５３３の外側面に位置したコイル２３０の端部側に熱収縮チューブがそれぞれ結合されることで、絶縁性及び結合性をさらに高めることができる。

これにより、分離型クラスタ５２０は、ターミナル５１０が連結されたコイル２３０の端部が収容されるために、フラップや別のホックを構成しなくてもよく、組み立てが非常に容易であるという利点がある。
第１〜第３コイル固定部５３１、５３２、５３３とそれに対応する第１〜第３ターミナル収容部５４１、５４２、５４３は、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の電源が供給される３つのコイル２３０の端部とターミナル５１０がそれぞれ結合される構成であって、それぞれの構成が別の構造物として形成されてから適切な位置に配置されるように互いに結合されてもよく、最初から一体に形成されてもよい。

次に、クラスタボディ５６０は、電動モータ２００の軸方向に一側面を囲んで結合されるものであって、固定子２１０の外周面に沿ってその中央が中空となった形態で形成され、分離型クラスタ５２０が水平方向に挿入されるように分離型クラスタ５２０の形態に対応して突出形成されたクラスタ挿入部を含む。
ここで、クラスタボディ５６０は、軸方向に一側面に位置したインシュレータ部分に載置されるものであって、絶縁材質で製造されることが好ましい。

図５に示したとおり、クラスタボディ５６０は、外周面の一定領域から軸方向に延びる少なくとも１つ以上の固定突起５６１を含む。
固定突起５６１は、電動モータの固定子２１０の外周面に形成された固定スロット２１１に挿入されるものであって、クラスタボディ５６０が固定子２１０に軸方向にスライド結合される。
すなわち、クラスタボディ５６０は固定スロット２１１によって固定子２１０に結合固定されるものであり、残りの領域はインシュレータ部分に載置され、インシュレータに載置される領域にも、別の接着手段または結合手段がさらに備えられてもよい。

クラスタボディ５６０と固定子２１０の結合方法は、上記のようなスロット方式に限定されず、いくつもの他の方式に変更実施が可能である。
また、クラスタボディ５６０は、軸方向に一側に位置した面、すなわち、図４〜図６の上側面に、環状に突出した少なくとも１つの引き出し線固定部５６２がさらに形成される。これにより、固定子２１０に巻かれたコイル２３０から引き出されたコイル２３０がクラスタボディ５６０のクラスタ挿入部に挿入される前までクラスタボディ５６０の上側面の一定位置に固定される。

尚、クラスタボディ５６０は、冷媒が流動されるように貫通形成された少なくとも１つの冷媒通路孔５６３を含んで形成されることが好ましい。
また、クラスタボディ５６０は、固定子２１０に巻かれたコイル２３０から３つのコイル２３０が引き出される領域が貫通形成される第１〜第３引き出し孔５７１、５７２、５７３を含んで形成されることができる。

図４及び図５に示したとおり、第１〜第３引き出し孔５７１、５７２、５７３は、円周方向に一定間隔離隔して配置されることで、３つのコイル２３０がそれぞれ巻かれたコア領域から引き出されるようにする。
これにより、本発明は、クラスタが分離型クラスタ５２０及びクラスタボディ５６０で構成され、クラスタボディ５６０が固定子２１０のコアの軸方向に一側面を囲んで結合され、クラスタボディ５６０の内部に分離型クラスタ５２０が挿入される空間を備えることで、電動モータ２００に簡便に装着可能であり、コンパクトな構造にパッケージを最小化することができる。

また、本発明の実施形態によるクラスタには、コイル２３０の端部が挿入されるコイル２３０の挿入孔が形成される領域と、ターミナル５１０が収容される空間との間が離隔して形成され、その間に絶縁性モールディング部材が充填されることで、冷媒がターミナル５１０の内部に流入することを遮断し、漏電を防止することができる。
さらに、クラスタは上、下分離される構造であって、コイル２３０及びターミナル５１０の連結工程が容易なように構成されることで、組み立て時間が短縮され、製造コストが低減されるという利点がある。

本発明は上記の実施形態に限定されず、適用範囲が多様であって、本発明が属する分野において通常の知識を有する者でれば、特許請求の範囲で請求する本発明の趣旨を逸脱することなく多様な変形実施が可能であることはいうまでもない。

１ 電動式圧縮機
１０：固定子
２０：コイルエンド
２１：上側コイルエンド
２２：下側コイルエンド
２３：コイル端部
２４：ターミナル
２４ａ、２４ｃ：ターミナル本体部
２４ｂ：連結部
３０：ターミナルハウジング
３１：（一体型）ハウジング本体
３２：端子孔
３４：ターミナルスロット
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ：個別ターミナルスロット
３５：固定フラップ
１００：ハウジング
２００：電動モータ
２０１：駆動軸
２１０：固定子
２１１：固定スロット
２２０：回転子
２３０：コイル
３００：圧縮機構部
４００：モータ駆動回路
４１０：回路素子
４２０：回路基板
５００：クラスタ組立体
５１０：ターミナル
５２０：分離型クラスタ
５２１：上部クラスタ
５２２：下部クラスタ
５３１、５３２、５３３：第１〜第３コイル固定部
５４１、５４２、５４３：第１〜第３ターミナル収容部
５５０：熱収縮チューブ
５６０：クラスタボディ
５６１：固定突起
５６２：引き出し線固定部
５６３：冷媒通路孔
５６４：クラスタ挿入部
５７１、５７２、５７３：第１〜第３引き出し孔

Claims (12)

1. 電動モータ（２００）の固定子（２１０）に巻かれたコイル（２３０）から引き出されたコイル（２３０）の端部に備えられた３つのターミナル（５１０）と、
   前記コイル（２３０）の端部が挿入されるコイル（２３０）の挿入孔が形成された第１〜第３コイル固定部（５３１、５３２、５３３）、及び前記第１〜第３コイル固定部（５３１、５３２、５３３）から前記コイル（２３０）の長さ方向に一定距離離隔し、前記ターミナル（５１０）が収容されるように内部に空間が形成された第１〜第３ターミナル収容部（５４１、５４２、５４３）を含む分離型クラスタ（５２０）と、
   前記電動モータ（２００）の軸方向に一側面に結合され、前記固定子（２１０）の外周面に沿ってその中央が中空となった形態で形成されており、前記分離型クラスタ（５２０）が水平方向に挿入されるように前記分離型クラスタ（５２０）の形態に対応して突出形成されたクラスタ挿入部（５６４）を含むクラスタボディ（５６０）と、を含むことを特徴とするクラスタ組立体。
2. 前記分離型クラスタ（５２０）は、上、下分離された構造であって、上部クラスタ（５２１）及び下部クラスタ（５２２）の結合からなることを特徴とする請求項１に記載のクラスタ組立体。
3. 前記分離型クラスタ（５２０）は、前記第１〜第３コイル固定部（５３１、５３２、５３３）と第１〜第３ターミナル収容部（５４１、５４２、５４３）との間における離隔空間に絶縁性モールディング部材が充填されることを特徴とする請求項２に記載のクラスタ組立体。
4. 前記分離型クラスタ（５２０）は、前記第１〜第３コイル固定部（５３１、５３２、５３３）の外側面に位置したコイル（２３０）の端部側に熱収縮チューブがそれぞれ結合されることを特徴とする請求項３に記載のクラスタ組立体。
5. 前記クラスタボディ（５６０）は、軸方向に一側面に位置したインシュレータに載置されることを特徴とする請求項１に記載のクラスタ組立体。
6. 前記クラスタボディ（５６０）は、
   外周面の一定領域から軸方向に延びる少なくとも１つの固定突起（５６１）を含むことを特徴とする請求項５に記載のクラスタ組立体。
7. 前記クラスタボディ（５６０）は、
   軸方向に一側に位置した面に環状に突出した少なくとも１つの引き出し線固定部（５６２）を含むことを特徴とする請求項５に記載のクラスタ組立体。
8. 前記クラスタボディ（５６０）は、
   冷媒が流動されるように貫通形成された少なくとも１つの冷媒通路孔（５６３）を含むことを特徴とする請求項５に記載のクラスタ組立体。
9. 前記クラスタボディ（５６０）は、
   前記固定子（２１０）に巻かれたコイル（２３０）から３つのコイル（２３０）が引き出される領域が貫通形成される第１〜第３引き出し孔（５７１、５７２、５７３）を含むことを特徴とする請求項５に記載のクラスタ組立体。
10. 請求項１に記載のクラスタ組立体（５００）が電動モータ（２００）の軸方向に一側面に載置されることを特徴とする電動式圧縮機。
11. 前記電動モータ（２００）は、前記クラスタボディ（５６０）の外周面から軸方向に延びた固定突起（５６１）が挿入されるように、前記固定子（２１０）の外周面に固定スロット（２１１）が形成されることを特徴とする請求項１０に記載の電動式圧縮機。
12. 前記電動モータ（２００）は、固定子（２１０）が集中巻線型であることを特徴とする請求項１０に記載の電動式圧縮機。
    

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