KR20200115215A - 전동 압축기 - Google Patents

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KR20200115215A
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슌스케 암보
šœ스케 암보
준야 가이다
요시키 나가타
다카시 가와시마
겐지 하야카와
요시카즈 하야시
아츠시 나이토
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

금속막에서는, 제1 권선과 제2 권선 사이에 있어서 대향하는 부위끼리가 이격되어 있다. 금속막은 하우징에 열적으로 결합된 제1 직선부를 갖고 있다. 금속막의 제1 직선부에 있어서의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값이, 제1 직선부 이외의 부위의 전기 저항 평균값보다도 크다.

Description

전동 압축기 {MOTOR-DRIVEN COMPRESSOR}
본 발명은, 전동 압축기에 관한 것이다.
WO2017/170817호 공보는, 전동 모터를 구동하는 인버터 장치에 사용되는 공통 모드 초크 코일을 구비한 전동 압축기를 개시한다. 이 문헌에 개시된 공통 모드 초크 코일은, 도전체에 의해 덮임으로써, 노멀 모드 전류가 흐를 때에 도전체 중에 유도 전류를 흐르게 하여 열에너지로 변환시키는 댐핑 효과를 갖고 있다.
초크 코일을 도전체로 덮을 경우, 열이 차기 쉽기 때문에, 발열을 위한 대책이 필요해진다. 한편, 댐핑 효과를 갖게 하기 위해서, 도전체에는, 어느 정도의 전기 저항이 필요해진다. 이 경우, 도전체는 발열한다. 이 때문에, 도전체의 열을 효율적으로 방열 부재로 내보내기 위한 고안이 필요해진다.
본 발명의 목적은, 방열성이 우수한 전동 압축기를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 양태에 의하면, 전동 압축기가 제공된다. 전동 압축기는, 유체를 압축하는 압축부와, 상기 압축부를 구동하는 전동 모터와, 상기 전동 모터를 구동하는 인버터 장치와, 상기 인버터 장치를 수용하는 금속제의 하우징을 구비한다. 상기 인버터 장치는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로의 입력측에 마련되어, 상기 인버터 회로에 입력되기 전의 상기 직류 전력에 포함되는 공통 모드 노이즈 및 노멀 모드 노이즈를 저감시키는 노이즈 저감부를 구비한다. 상기 노이즈 저감부는, 공통 모드 초크 코일과, 상기 공통 모드 초크 코일과 함께 로 패스 필터 회로를 구성하는 평활 콘덴서를 구비한다. 상기 공통 모드 초크 코일은, 환상의 코어와, 상기 코어에 권회되는 제1 권선과, 상기 코어에 권회되어, 상기 제1 권선으로부터 이격되어 있음과 함께 상기 제1 권선과 대향하는 제2 권선과, 상기 제1 권선 및 상기 제2 권선에 걸쳐 있음과 함께 상기 코어를 덮는 환상의 도전체를 구비한다. 상기 도전체에서는, 상기 제1 권선과 상기 제2 권선 사이에 있어서 대향하는 부위끼리가 이격되어 있다. 상기 도전체는 상기 하우징에 열적으로 결합된 방열부를 갖고 있다. 상기 도전체의 상기 방열부에 있어서의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값이, 상기 방열부 이외의 부위에 있어서의 상기 전기 저항의 평균값보다도 크다.
도 1은, 차량 탑재용 전동 압축기의 전체 구성을 나타내는 개요도,
도 2는, 구동 장치 및 전동 모터의 회로도,
도 3a는, 구동 장치의 평면도,
도 3b는, 구동 장치를 도 3a의 A 방향에서 본 정면도,
도 4a는, 구동 장치를 도 3b의 C 방향에서 본 하면도,
도 4b는, 구동 장치를 도 3a의 B 방향에서 본 측면도,
도 5는, 도 3a의 5-5선에 따른 단면도,
도 6은, 코어 및 권선의 사시도,
도 7은, 공통 모드 초크 코일의 사시도,
도 8은, 금속막을 나타내는 사시도,
도 9는, 다른 예의 금속막을 나타내는 사시도,
도 10은, 다른 예의 금속막을 나타내는 사시도 및
도 11은, 비교를 위한 금속막을 나타내는 사시도.
이하, 본 발명을 구체화한 일 실시 형태를 도면에 따라서 설명한다. 본 실시 형태의 차량 탑재용 전동 압축기는, 유체로서의 냉매를 압축하는 압축부를 구비하고 있고, 차량 탑재용 공조 장치에 사용된다. 즉, 차량 탑재용 전동 압축기의 압축 대상의 유체는 냉매이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 차량 탑재용 공조 장치(10)는, 차량 탑재용 전동 압축기(11)와, 차량 탑재용 전동 압축기(11)에 냉매를 공급하는 외부 냉매 회로(12)를 구비하고 있다. 외부 냉매 회로(12)는 열교환기 및 팽창 밸브 등을 갖고 있다. 차량 탑재용 전동 압축기(11)에 의해 냉매가 압축되어, 외부 냉매 회로(12)에 의해 냉매의 열교환 및 팽창이 행해진다. 이렇게 하여, 차 내의 냉난방이 행해진다.
차량 탑재용 공조 장치(10)는, 차량 탑재용 공조 장치(10)의 전체를 제어하는 공조 ECU(13)를 구비하고 있다. 공조 ECU(13)는, 차 내 온도나 카 에어컨의 설정 온도 등의 파라미터를 파악 가능하도록 구성되어 있다. 공조 ECU(13)는 이들 파라미터에 기초하여, 차량 탑재용 전동 압축기(11)에 대하여 ON/OFF 명령 등과 같은 각종 명령을 송신한다.
차량 탑재용 전동 압축기(11)는, 외부 냉매 회로(12)로부터 냉매가 흡입되는 흡입구(14a)가 형성된 하우징(14)을 구비하고 있다. 하우징(14)은, 알루미늄 등의 전열성을 갖는 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 하우징(14)은 차량의 보디에 접지되어 있다.
하우징(14)은 흡입 하우징(15), 토출 하우징(16), 커버 부재(25)를 갖고, 그것들은 일체로 조립 장착되어 있다. 흡입 하우징(15)은, 개구를 갖는 바닥이 있는 통상이다. 흡입 하우징(15)은, 판상의 저벽부(15a)와, 저벽부(15a)의 주연부로부터 토출 하우징(16)을 향해 기립한 통상의 측벽부(15b)를 갖고 있다. 토출 하우징(16)은, 흡입 하우징(15)의 개구를 막은 상태에서 흡입 하우징(15)에 부착되어 있다. 이에 의해, 하우징(14) 내에는, 내부 공간이 형성되어 있다.
흡입구(14a)는 흡입 하우징(15)의 측벽부(15b)에 형성되어 있다. 상세하게는, 흡입구(14a)는, 측벽부(15b)에 있어서 토출 하우징(16)보다도 저벽부(15a)에 가까운 부위에 형성되어 있다.
하우징(14)에는, 냉매가 토출되는 토출구(14b)가 형성되어 있다. 토출구(14b)는, 토출 하우징(16)에 있어서의 저벽부(15a)와 대향하는 부위에 형성되어 있다.
차량 탑재용 전동 압축기(11)는, 하우징(14) 내에 수용된 회전축(17), 압축부(18) 및 전동 모터(19)를 구비하고 있다. 회전축(17)은 하우징(14)에 대하여 회전 가능한 상태에서 지지되어 있다. 회전축(17)의 축선 방향은 저벽부(15a)의 두께 방향, 바꾸어 말하면, 측벽부(15b)의 축선 방향과 일치하고 있다. 회전축(17)은 압축부(18)에 연결되어 있다.
압축부(18)는, 하우징(14) 내에 있어서의 흡입구(14a)(저벽부(15a))보다도 토출구(14b)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 압축부(18)는, 회전축(17)을 회전시킴으로써, 흡입구(14a)로부터 하우징(14) 내에 흡입된 냉매를 압축하고, 압축된 냉매를 토출구(14b)로부터 토출시킨다. 압축부(18)의 구체적인 구성은 스크롤 타입, 피스톤 타입, 베인 타입 등 임의이다.
전동 모터(19)는, 하우징(14) 내에 있어서의 압축부(18)와 저벽부(15a) 사이에 배치되어 있다. 전동 모터(19)는 회전축(17)을 회전시킴으로써, 압축부(18)를 구동시킨다. 전동 모터(19)는, 회전축(17)에 고정된 원통상의 로터(20)와, 하우징(14)에 고정된 스테이터(21)를 갖는다. 스테이터(21)는, 원통상의 스테이터 코어(22)와, 스테이터 코어(22)에 형성된 티스에 권회된 코일(23)을 갖고 있다. 로터(20)는 회전축(17)의 직경 방향으로 스테이터(21)와 대향하고 있다. 코일(23)이 통전되면, 로터(20) 및 회전축(17)이 회전하고, 압축부(18)에 의해 냉매가 압축된다.
또한, 차량 탑재용 전동 압축기(11)는, 전동 모터(19)를 구동시킴과 함께 직류 전력이 입력되는 구동 장치(24)와, 구동 장치(24)를 수용하는 수용실(S0)을 구획하는 커버 부재(25)를 구비하고 있다.
커버 부재(25)는, 흡입 하우징(15)의 저벽부(15a)를 향하여 개구된 바닥이 있는 통상이다. 커버 부재(25)는, 개구 단부를 저벽부(15a)에 맞댄 상태에서, 볼트(26)에 의해 저벽부(15a)에 설치되어 있다. 커버 부재(25)의 개구는 저벽부(15a)에 의해 막혀 있다. 수용실(S0)은 커버 부재(25)와 저벽부(15a)에 의해 형성되어 있다.
수용실(S0)은 하우징(14) 내에 구획 형성되어 있다. 수용실(S0)은, 저벽부(15a)에 있어서 전동 모터(19)와 반대측에 배치되어 있다. 압축부(18), 전동 모터(19) 및 구동 장치(24)는, 회전축(17)의 축선 방향으로 차례로 배열되어 있다.
커버 부재(25)에는, 커넥터(27)가 마련되어 있다. 구동 장치(24)는 커넥터(27)와 전기적으로 접속되어 있다. 커넥터(27)를 통해, 차량에 탑재된 차량 탑재용 축전 장치(28)로부터 구동 장치(24)에 직류 전력이 입력된다. 또한, 커넥터(27)를 통해, 공조 ECU(13)와 구동 장치(24)가 전기적으로 접속되어 있다. 차량 탑재용 축전 장치(28)는 차량에 탑재된 직류 전원이며, 이차 전지나 커패시터 등이다.
구동 장치(24)는, 회로 기판(29)과, 회로 기판(29)에 마련된 인버터 장치(30)와, 2개의 접속 라인(EL1, EL2)을 구비하고 있다. 접속 라인(EL1, EL2)은, 커넥터(27)와 인버터 장치(30)를 전기적으로 접속하는 데 사용된다.
회로 기판(29)은 판상이다. 회로 기판(29)은, 회전축(17)의 축선 방향으로 저벽부(15a)와 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 인버터 장치(30)는 전동 모터(19)를 구동한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 인버터 장치(30)는 인버터 회로(31)와 노이즈 저감부(32)를 구비하고 있다. 인버터 회로(31)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 노이즈 저감부(32)는, 인버터 회로(31)의 입력측에 마련됨과 함께 인버터 회로(31)에 입력되기 전의 직류 전력에 포함되는 공통 모드 노이즈 및 노멀 모드 노이즈를 저감시킨다.
이어서, 전동 모터(19) 및 구동 장치(24)의 전기적 구성에 대하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 전동 모터(19)의 코일(23)은 u상 코일(23u), v상 코일(23v) 및 w상 코일(23w)을 갖는 삼상 구조로 되어 있다. 각 코일(23u 내지 23w)의 접속 양태는, Y 결선이다.
인버터 회로(31)는, u상 코일(23u)에 대응하는 u상 스위칭 소자(Qu1, Qu2)와, v상 코일(23v)에 대응하는 v상 스위칭 소자(Qv1, Qv2)와, w상 코일(23w)에 대응하는 w상 스위칭 소자(Qw1, Qw2)를 구비하고 있다. 각 스위칭 소자(Qu1 내지 Qw2)는 IGBT 등의 파워 스위칭 소자이다. 스위칭 소자(Qu1 내지 Qw2)는 환류 다이오드(보디 다이오드)(Du1 내지 Dw2)를 각각 갖고 있다.
각 u상 스위칭 소자(Qu1, Qu2)는 접속선을 통해 서로 직렬로 접속되어 있고, 그의 접속선은 u상 코일(23u)에 접속되어 있다. 각 u상 스위칭 소자(Qu1, Qu2)의 직렬 접속체는, 양쪽 접속 라인(EL1, EL2)에 전기적으로 접속되어 있다. 상기 직렬 접속체에는, 차량 탑재용 축전 장치(28)로부터 직류 전력이 입력된다.
다른 스위칭 소자(Qv1, Qv2, Qw1, Qw2)는, 대응하는 코일이 다른 점을 제외하고, u상 스위칭 소자(Qu1, Qu2)와 동일한 접속 양태이다.
구동 장치(24)는, 각 스위칭 소자(Qu1 내지 Qw2)의 스위칭 동작을 제어하는 제어부(33)를 구비하고 있다. 제어부(33)는, 예를 들어 1개 이상의 전용 하드웨어 회로, 및/또는 컴퓨터 프로그램(소프트웨어)에 따라서 동작하는 1개 이상의 프로세서(제어 회로)에 의해 실현할 수 있다. 프로세서는 CPU, 그리고 RAM 및 ROM 등의 메모리를 포함한다. 메모리는, 예를 들어 각종 처리를 프로세서에 실행시키도록 구성된 프로그램 코드 또는 명령을 저장하고 있다. 메모리, 즉 컴퓨터 가독 매체는, 범용 또는 전용의 컴퓨터에서 액세스할 수 있는 모든 이용 가능한 매체를 포함한다.
제어부(33)는 커넥터(27)를 통해 공조 ECU(13)와 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(33)는, 공조 ECU(13)로부터의 명령에 기초하여, 각 스위칭 소자(Qu1 내지 Qw2)를 주기적으로 ON/OFF 시킨다. 상세하게는, 제어부(33)는, 공조 ECU(13)로부터의 명령에 기초하여, 각 스위칭 소자(Qu1 내지 Qw2)를 펄스폭 변조 제어(PWM 제어)한다. 보다 구체적으로는, 제어부(33)는 캐리어 신호(반송파 신호)와 명령 전압값 신호(비교 대상 신호)를 사용하여, 제어 신호를 생성한다. 제어부(33)는 생성된 제어 신호를 사용하여, 각 스위칭 소자(Qu1 내지 Qw2)의 ON/OFF 제어를 행함으로써, 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.
노이즈 저감부(32)는 공통 모드 초크 코일(34)과 X 콘덴서(35)를 구비하고 있다. 평활 콘덴서로서의 X 콘덴서(35)는, 공통 모드 초크 코일(34)과 함께 로 패스 필터 회로(36)를 구성한다. 로 패스 필터 회로(36)는 접속 라인(EL1, EL2) 상에 마련되어 있다. 로 패스 필터 회로(36)는 회로적으로는 커넥터(27)와 인버터 회로(31) 사이에 마련되어 있다.
공통 모드 초크 코일(34)은 양쪽 접속 라인(EL1, EL2) 상에 마련되어 있다. X 콘덴서(35)는 공통 모드 초크 코일(34)에 대하여 후단(인버터 회로(31)측)에 마련되어 있다. X 콘덴서(35)는 양쪽 접속 라인(EL1, EL2)에 전기적으로 접속되어 있다. 공통 모드 초크 코일(34)과 X 콘덴서(35)에 의해, LC 공진 회로가 구성되어 있다. 본 실시 형태의 로 패스 필터 회로(36)는, 공통 모드 초크 코일(34)을 포함하는 LC 공진 회로이다.
양쪽 Y 콘덴서(37, 38)는 서로 직렬로 접속되어 있다. 상세하게는 구동 장치(24)는, 제1 Y 콘덴서(37)의 제1 단부와 제2 Y 콘덴서(38)의 제1 단부를 접속하는 바이패스 라인(EL3)을 구비하고 있다. 바이패스 라인(EL3)은 차량의 보디에 접지되어 있다.
또한, 양쪽 Y 콘덴서(37, 38)의 직렬 접속체가, 공통 모드 초크 코일(34)과 X 콘덴서(35) 사이에 마련됨과 함께, 공통 모드 초크 코일(34)에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 Y 콘덴서(37)의 제2 단부는, 제1 접속 라인(EL1) 중 공통 모드 초크 코일(34)의 제1 권선과 인버터 회로(31)를 접속하는 부분에 접속되어 있다. 제2 Y 콘덴서(38)의 제2 단부는, 제2 접속 라인(EL2) 중 공통 모드 초크 코일(34)의 제2 권선과 인버터 회로(31)를 접속하는 부분에 접속되어 있다.
차량에는, 차량 탑재용 기기로서, 예를 들어 PCU(파워 컨트롤 유닛)(39)가 구동 장치(24)와는 별도로 탑재되어 있다. PCU(39)는 차량 탑재용 축전 장치(28)로부터 공급되는 직류 전력을 사용하여, 차량에 탑재되어 있는 주행용 모터 등을 구동시킨다. 본 실시 형태에서는, PCU(39)와 구동 장치(24)는 차량 탑재용 축전 장치(28)에 대하여 병렬로 각각 접속되어 있다. 차량 탑재용 축전 장치(28)는 PCU(39)와 구동 장치(24)에 의해 공용되어 있다.
PCU(39)는 승압 컨버터(40)와 전원용 콘덴서(41)를 구비하고 있다. 승압 컨버터(40)는, 승압 스위칭 소자를 갖고 또한 승압 스위칭 소자를 주기적으로 ON/OFF시킴으로써, 차량 탑재용 축전 장치(28)의 직류 전력을 승압시킨다. 전원용 콘덴서(41)는 차량 탑재용 축전 장치(28)에 병렬로 접속되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, PCU(39)는, 승압 컨버터(40)에 의해 승압된 직류 전력을, 주행용 모터가 구동 가능한 구동 전력으로 변환하는 주행용 인버터를 구비하고 있다.
상기 구성에 있어서는, 승압 스위칭 소자의 스위칭에서 기인하여 발생하는 노이즈가, 노멀 모드 노이즈로서 구동 장치(24)에 유입된다. 바꾸어 말하면, 노멀 모드 노이즈에는, 승압 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 대응한 노이즈 성분이 포함되어 있다.
이어서, 구동 장치의 일부인 공통 모드 초크 코일(34)의 배치 개소에 있어서의 구성에 대하여, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b 및 도 5를 사용하여 설명한다. 도면에 있어서, 3축 직교 좌표를 규정하고 있으며, 도 1의 회전축(17)의 축선 방향을 Z 방향으로 하고, Z 방향에 직교하는 방향을 X, Y 방향으로 하고 있다.
공통 모드 초크 코일(34)은 회로 기판(29)에 실장되어 있다. 공통 모드 초크 코일(34)은 저벽부(15a)에 열적으로 접합되어 있다. 이 때문에, 도 5에 도시한 바와 같이, 공통 모드 초크 코일(34)에서 발생한 열 Q는, 저벽부(15a)로 내보내진다. 상세하게는, 금속막(70)에 있어서 발생하는 열이, 방열 그리스(90)를 통하여 저벽부(15a)로 내보내진다.
공통 모드 초크 코일(34)은, 차량측의 PCU(39)에서 발생하는 고주파 노이즈가 압축기측의 인버터 회로(31)에 전해지는 것을 억제하고, 특히 누설 자속에 의한 노멀 모드 인덕턴스가 노멀 모드 노이즈(디퍼렌셜 모드 노이즈)를 제거하기 위한 로 패스 필터 회로(LC 필터)(36)에 있어서의 L 성분으로서 사용된다. 즉, 공통 모드 초크 코일(34)은 공통 모드 노이즈 및 노멀 모드 노이즈(디퍼렌셜 모드 노이즈)에 대응 가능하다. 본 실시 형태에서는, 공통 모드용 초크 코일과 노멀 모드(디퍼렌셜 모드)용 초크 코일을 제각기 사용하지 않고, 하나의 초크 코일로 양쪽 모드 노이즈에 대응하고 있다.
도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 도시한 바와 같이, 공통 모드 초크 코일(34)은, 환상의 코어(50), 제1 권선(60), 제2 권선(61), 환상을 이루는 도전체로서의 금속막(70)을 구비한다.
코어(50)는 도 5에 도시한 바와 같이 사각 형상을 이루고, X-Y 평면에 있어서 전체로서 직사각형을 이루고 있다. 도 3a 및 도 5에 도시한 바와 같이, 코어(50)는 내측 공간(Sp1)을 갖는다.
코어(50)에는, 제1 권선(60)이 권회됨과 함께, 제2 권선(61)이 권회되어 있다. 코어(50)는 직사각형을 이루고, 한 쌍의 긴 변 부분을 갖고 있다. 한쪽의 긴 변 부분이 제1 직선부(51)를 이루고, 다른 쪽의 긴 변 부분이 제2 직선부(52)를 이루고 있다. 제1 직선부(51)는 제2 직선부(52)와 평행하다. 즉, 코어(50)는, 서로 평행하면서 또한 직선적으로 연장되는 제1 직선부(51)와 제2 직선부(52)를 갖는다. 제1 직선부(51)에 제1 권선(60)의 적어도 일부가 권회되고, 제2 직선부(52)에 제2 권선(61)의 적어도 일부가 권회되어 있다. 양쪽 권선(60, 61)의 감기 방향은 서로 반대 방향으로 되어 있다. 또한, 제1 권선(60)과 제2 권선(61)은, 코어(50)의 중심축선(Lc)의 양측에서 서로 이격되어 있으며 또한 대향하고 있다.
코어(50)와 권선(60, 61) 사이에는, 도시하지 않은 수지 케이스가 마련되어 있다. 수지 케이스에서는, 도시하지 않은 돌기가 연장되어 있다. 이 돌기는 금속막(70)과 맞닿음으로써, 금속막(70)의 이동을 규제한다. 금속막(70)은 구리박을 포함한다. 즉, 금속막(70)은 환상의 도전체이다. 금속막(70)의 두께는 10㎛ 내지 100㎛이다. 예를 들어, 금속막(70)의 두께는 35㎛이다. 금속막(70)을 얇게 하는 이유는, 유도 전류가 흘렀을 때에 저항을 크게 하여 열로 바꾸기 위함이다. 단, 금속막(70)을 얇게 하면, 강도를 유지하기 어렵고, 원래의 형상을 유지하기 어렵다.
금속막(70)은 띠상이면서 무단상을 이루고 있다. 금속막(70)의 폭은 일정함과 함께, 금속막(70)의 두께도 일정하다. 사각 환상의 금속막(70)은, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 대향하는 제1 직선부(71) 및 제2 직선부(72)와, 한 쌍의 대향하는 제3 직선부(73) 및 제4 직선부(74)를 갖는다. 제1 직선부(71)는 흡입 하우징(15)의 저벽부(15a)와 대향하고 있다. 제1 직선부(71)는, 저벽부(15a)의 표면인 방열면(Sr)과 접하는 방열부이다. 제1 직선부(71)는 하우징(14)에 열적으로 결합된 부위이다. 제3 직선부(73) 및 제4 직선부(74)는, 저벽부(15a)로부터 기립 설치되어 있다.
도 3a 및 도 5에 도시한 바와 같이, 금속막(70)은 제1 권선(60)과 제2 권선(61)에 걸쳐 있으면서 코어(50)를 덮고 있다. 상세하게는 금속막(70)은, 제1 권선(60)의 모두와 제2 권선(61)의 모두와 코어(50)의 내측 공간(Sp1)의 일부를 덮도록 형성되어 있다. 광의로는 금속막(70)은, 제1 권선(60)과 제2 권선(61)과 코어(50)의 내측 공간(Sp1)의 각각 적어도 일부를 덮도록 형성되어 있다. 내측 공간(Sp1)은 제1 권선(60)과 제2 권선(61) 사이에 마련되어 있다. 금속막(70)에서는, 제1 권선(60)과 제2 권선(61) 사이에 있어서, 즉 내측 공간(Sp1)의 양측에서 대향하는 부위끼리가 이격되어 있다.
도 4b, 도 5에 도시한 바와 같이, 금속막(70)은, 막의 내주면과 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)의 외면 사이에 형성된 수지층(80)을 갖는다. 수지층(80)에 의해 금속막(70)의 강도 유지, 고강성과 함께, 양쪽 권선(60, 61)과 금속막(70) 사이의 절연성이 확보되어 있다. 수지층(80)은 폴리이미드를 포함한다. 수지층(80)은 얇은 금속막(70)의 강도를 유지하고, 형상을 유지한다. 수지층(80)의 두께는 예를 들어 수10㎛이다. 그 이유는, 양쪽 권선(60, 61)과 금속막(70)이 근접해있는 쪽이 바람직하고, 양자가 근접해있으면, 양쪽 권선(60, 61)에 의해 발생하는 자계를 금속막(70)에서 받아 유도 전류가 흐르기 쉬워지기 때문이다.
금속막(70)과 수지층(80)은, 접착제(도시 생략)에 의해 접착되어 있다. 접착제는 열경화 타입 접착제여도, 열가소 타입 접착제(핫 멜트)여도, 감압 타입 접착제(점착제)여도 된다.
금속막(70)은 이하와 같이 하여 형성할 수 있다. 먼저, 일반적인 플렉시블 기판과 동일한 제법으로, 수지층과 일체화된 띠상의 금속막을 준비한다. 그리고, 금속막을 수지층과 함께 구부려서, 금속막의 양단을 용착시킴으로써, 환상의 금속막(70)이 형성된다. 이와 같이 하면, 금속막(70)을 환상으로 형성하기 쉬우며 생산성이 우수하다.
도 3a에 나타내는 바와 같이, 코어(50)는 금속막(70)으로 덮이지 않은 노출부(53, 54)를 갖는다. 도 3b, 도 5에 도시한 바와 같이, 금속막(70)에 있어서의 흡입 하우징(15)의 저벽부(15a)와의 대향면에는, 방열 그리스(90)가 도포되어 있다. 이에 의해, 금속막(70)은, 방열 그리스(90)를 통해 흡입 하우징(15), 즉 하우징(14)에 열적으로 결합되어 있다.
도 6 및 도 7을 사용하여 노멀 모드(디퍼렌셜 모드)에 대하여 설명한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)에는, 통전에 의해 전류 i1, i2가 흐른다. 이에 따라서, 코어(50)에는, 자속 φ1, φ2가 발생함과 함께 누설 자속 φ3, φ4가 발생한다. 자속 φ1, φ2는 서로 역방향의 자속이다. 여기서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 누설 자속 φ3, φ4에 저항하는 방향으로 자속을 발생시키기 위해, 금속막(70)의 내부에는, 유도 전류 i10이 주위 방향으로 흐른다.
이와 같이 하여, 금속막(70)에는, 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)의 통전에 수반하여 발생하는 누설 자속에 저항하는 방향에 자속을 발생시키기 위해, 유도 전류(와전류) i10이 주위 방향으로 흐른다. 유도 전류가 주위 방향으로 흐른다는 것은, 코어(50)를 주회하도록 흐르는 것이다.
공통 모드에 있어서는, 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)에는, 통전에 의해 동일한 방향으로 전류가 흐른다. 이에 따라서, 코어(50)에 동일한 방향의 자속이 발생한다. 공통 모드 전류 통전 시, 코어(50) 내부에 자속이 발생하지만, 누설 자속은 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 커먼 임피던스는 유지할 수 있다.
공통 모드 초크 코일(34)에 금속막(70)이 존재하지 않는 경우, 로 패스 필터 회로(36)의 Q값, 상세하게는 공통 모드 초크 코일(34)과 X 콘덴서(35)를 포함하는 LC 공진 회로의 Q값은 높다. 이 때문에, 로 패스 필터 회로(36)의 공진 주파수에 가까운 주파수의 노멀 모드 노이즈는 저감되기 어렵다. 한편, 본 실시 형태에서는 금속막(70)이, 공통 모드 초크 코일(34)에 있어서 자력선(누설 자속 φ3, φ4)에 의해 와전류가 발생하는 위치에 마련되어 있다. 금속막(70)은, 누설 자속 φ3, φ4의 루프 내를 통과하는 위치에 마련되어 있다. 즉, 금속막(70)은, 누설 자속 φ3, φ4를 없애는 방향의 자속이 발생하는 유도 전류를 발생시키도록 구성되어 있다. 이에 의해, 금속막(70)은 로 패스 필터 회로(36)의 Q값을 낮추도록 기능한다. 따라서, 로 패스 필터 회로(36)의 공진 주파수 부근의 주파수를 갖는 노멀 모드 노이즈도, 로 패스 필터 회로(36)에 의해 저감된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는 공통 모드 초크 코일에 있어서, 띠상이면서 무단상을 이루는 금속막(70)에 의한 금속 실드 구조를 채용한다. 이에 의해, 공통 모드 초크 코일을 로 패스 필터 회로에 이용하여, 공통 모드 노이즈를 저감한다. 또한, 노멀 모드 전류(디퍼렌셜 모드 전류)에 대하여 발생하는 누설 자속을 적극적으로 활용하여, 노멀 모드 노이즈(디퍼렌셜 모드 노이즈)를 저감시키는 데 적절한 필터 특성을 얻을 수 있다. 즉, 띠상이면서 무단상을 이루는 금속막(70)을 사용함으로써, 노멀 모드 전류(디퍼렌셜 모드 전류) 통전 시에 발생한 누설 자속에 저항하는 자속이 발생하고, 전자기 유도에 의해 금속막(70)에 전류가 흘러 열로서 소비된다. 금속막(70)은 자기 저항으로서 작용하기 위해 댐핑 효과를 제공한다. 따라서, 로 패스 필터 회로에 의해 발생한 공진 피크를 억제할 수 있다. 또한, 공통 모드 전류 통전 시에는, 코어 내부에 자속이 발생하지만, 누설 자속은 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 커먼 임피던스는 유지할 수 있다. 또한, 금속막(금속박)(70)의 내주측에 수지층(폴리이미드층)(80)을 가짐으로써, 금속막(70)의 형상을 유지할 수 있음과 함께, 금속막(70)과 권선(60, 61) 사이의 절연성을 확보할 수 있다.
또한, 도 3b에 있어서 가상선으로 나타내는 바와 같이, 공통 모드 초크 코일(34)에 대하여 회로 기판(29)을 근접하게 배치하는 경우, 공통 모드 초크 코일(34)과 회로 기판(29) 사이에 절연성 스페이서(200)를 개재시키면 된다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 금속막(70)에 있어서의 방열면(Sr)이 접해 있는 부위인 제1 직선부(71)에는, 사각 형상의 슬릿(75)가 형성되어 있다. 사각 형상의 슬릿(관통 구멍)(75)은 금속막(70)의 폭 방향의 중앙부에 위치하고 있다. 또한, 슬릿(75)의 2개의 긴 변이 금속막(70)의 길이 방향에 평행하게 연장되고, 슬릿(75)의 2개의 짧은 변이 금속막(70)의 폭 방향에 평행하게 연장되어 있다. 슬릿(75)의 형성 영역은 도 4a, 도 5에 도시한 바와 같이, 권선(60, 61)에 있어서의 방열면(Sr)에 대향하는 면의 일부를 포함하고 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 금속막(70)의 폭은 W1이며, 두께는 t1이며, 슬릿(75)의 폭은 W2이다. 또한, 금속막(70)에 있어서, 슬릿(75)의 한쪽의 긴 변에 따른 부분의 폭은 W3이며, 슬릿(75)의 다른 쪽의 긴 변에 따른 부분의 폭은 W4이다. 금속막(70)에 있어서, 제1 직선부(71)에서의 슬릿(75)의 형성 장소에서는, 전류가 흐르는 길이 방향에서의 총 단면적이, W3×t1+W4×t1이다. 한편, 제1 직선부(71) 이외의 부위에서는, 전류가 흐르는 길이 방향에서의 총 단면적이, W1×t1이다. 따라서, 제1 직선부(71)에서의 슬릿(75)의 형성 개소의 단면적은, 제1 직선부(71) 이외의 부위에서의 단면적보다 작다. 단면적이 작으면, 전기 저항(저항값Ω)이 커진다. 그 결과, 방열면(Sr)이 접해 있는 제1 직선부(71)의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값은, 제1 직선부(71) 이외의 부위의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값보다도 커진다. 이와 같이, 금속막(70)에 슬릿(75)을 형성함으로써, 도 11에 나타내는 슬릿이 없는 금속막(100)을 사용한 경우에 비해, 금속막(70)의 주위 방향으로 흐르는 전류의 경로가 좁아져, 온도가 높아지기 쉽다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 금속막(70)을 두께 방향으로 관통하는 슬릿(75) 내에는, 방열 수지재로서의 방열 그리스(90)가 배치되어 있다. 이 때문에, 권선(60, 61)에 있어서의 저벽부(15a)에 대향하는 면은, 방열 그리스(90)를 통해 저벽부(15a)와 열적으로 결합되어 있다. 즉, 슬릿(75) 내에 방열 그리스(90)가 배치됨으로써, 제1 권선(60), 제2 권선(61) 및 제1 직선부(71)가, 방열 그리스(90)를 통해 흡입 하우징(15), 즉 하우징(14)과 열적으로 결합되어 있다.
이어서, 작용에 대하여 설명한다.
띠상이면서 무단상을 이루는 금속막(70)의 내부에는, 누설 자속에 저항하는 방향으로 자속을 발생시키려고 전류가 흐름과 함께, 전력이 소비되어 발열한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 금속막(70)이 저벽부(15a)에 열적으로 접합되어 있으므로, 공통 모드 초크 코일(34)에서 발생한 열 Q는, 저벽부(15a)로 내보내진다. 따라서, 금속막(70)에 있어서 발생하는 열이 방열 그리스(90)를 통해 내보내어지기 때문에, 방열면에의 방열성이 우수하다.
이하, 상세하게 설명한다.
공통 모드 초크 코일(34)은, 차량 탑재용 전동 압축기(11)에 있어서의 전동 모터(19)를 구동하는 인버터 장치(30)에 사용된다. 공통 모드 초크 코일(34)은 금속막(70)에 의해 권선(60, 61)을 덮음으로써, 노멀 모드 전류가 흐를 때에 금속막(70) 중에 유도 전류를 흘려 열에너지로 변환시키는 댐핑 효과를 갖고 있다. 댐핑 효과를 갖게 하기 위해서, 금속막(70)에는, 어느 정도의 전기 저항이 필요해진다. 이 경우, 금속막(70)은 발열한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 금속막(70)에 유도 전류 i10이 흐르면, 금속막(70)이 발열하고, 수지층(80) 및 금속막(70)의 주변 부위의 온도도 상승한다. 이 때문에, 수지층(80)의 내열 한계를 초과해버릴 우려가 있다. 또한, 금속막(70)에 있어서의 단부끼리의 연결 부분의 접합재나, 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)을 회로 기판(29)에 고정하는 땜납의 내열 한계를 초과해버릴 우려도 있다.
통상은, 금속막(70)의 열을 방열면(Sr)으로 방출시키는 대책이 유효하다. 그러나, 회로 기판(29)의 레이아웃 상, 금속막(70)과 방열면(Sr)이 접촉 가능한 개소는 한정된다. 이 때문에, 방열면(Sr)으로부터 먼 금속막(70)의 부분, 예를 들어 도 4b에 있어서의 흡입 하우징(15)의 저벽부(15a)로부터 가장 이격되어 있는 제2 직선부(72)의 온도가 상승하여, 금속막(70) 전체의 온도를 낮추는 것은 어렵다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 금속막(70)에 있어서의 방열면(Sr)에 가까운 부위에, 슬릿(75)을 형성한다. 이에 의해, 주위 방향의 단면적이 작은 부분이 마련되기 때문에, 슬릿(75)을 형성한 부위에서는, 전류의 통로 단면적이 작아지고, 전류 경로에서의 전기 저항이 커지며, 더욱 발열한다. 이와 같이 하여, 방열성이 우수한 제1 직선부(71)에 발열을 치우치게 함으로써, 금속막(70)에 있어서의 방열면(Sr)에 가까운 부위에 온도가 높은 부분을 마련할 수 있다. 또한, 공통 모드 초크 코일(34)로부터 방열면(Sr)으로의 열수송량은, 열적으로 접하는 경계에서의 온도차에 의존한다. 이 때문에, 제1 직선부(71)의 온도가 높아질수록, 열수송량을 크게 할 수 있다. 따라서, 금속막(70)의 열을 효율적으로 방열면(Sr)으로 내보낼 수 있어, 금속막(70) 전체의 온도를 낮출 수 있다.
또한, 노멀 모드 전류가 흐르면 권선(60, 61)의 온도가 상승하고, 권선(60, 61)뿐만 아니라, 권선(60, 61)과 접하는 코어(50) 등의 온도도 상승한다. 권선(60, 61)에 방열 그리스(90)를 도포하여 방열면(Sr)으로 열을 내보내려고 해도, 금속막(70)이 권선(60, 61)을 덮고 있기 때문에, 권선(60, 61)에 방열 그리스(90)를 도포할 수 없다. 또한, 전기 저항을 낮추기 위해 권선(60, 61)을 굵게 하면, 체격이 증대되게 되어, 차량 탑재용 전동 압축기에 채용할 수 없다.
본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 방열성 향상을 도모하기 위해, 금속막(70)에 있어서의 방열면(Sr)에 가까운 부위에 슬릿(75)을 마련함과 함께, 권선(60, 61)에 방열 그리스(90)를 도포한다. 이에 의해, 열 Q를 슬릿(75) 내의 방열 그리스(90)를 통해 방열면(Sr)으로 내보낼 수 있다. 즉, 공통 모드 초크 코일(34)로부터 방열면(Sr)으로의 열수송량은 물체의 열전도율에 의존하기 때문에, 열전도성이 우수한 방열 그리스(90)를 사용함으로써, 열수송량을 크게 할 수 있다. 따라서, 방열성과 댐핑 효과를 공간 절약으로 실현할 수 있다.
상기 실시 형태에 따르면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 차량 탑재용 전동 압축기(11)는 압축부(18), 전동 모터(19), 인버터 장치(30), 하우징(14)을 구비한다. 인버터 장치(30)는 인버터 회로(31)와 노이즈 저감부(32)를 구비한다. 노이즈 저감부(32)는 공통 모드 초크 코일(34)과 X 콘덴서(35)를 구비한다. 공통 모드 초크 코일(34)은 환상의 코어(50), 제1 권선(60), 제2 권선(61), 금속막(70)을 구비한다. 금속막(70)에서는, 제1 권선(60)과 제2 권선(61) 사이에 있어서 대향하는 부위끼리가 이격되어 있다. 금속막(70)은 흡입 하우징(15), 즉 하우징(14)에 열적으로 결합된 제1 직선부(71)를 갖고 있다. 제1 직선부(71)의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값이, 제1 직선부(71) 이외의 부위의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값보다도 크다.
금속막(70)은, 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)에 걸쳐 있으면서 코어(50)를 덮는 환상이다. 이 때문에, 노멀 모드 전류가 흐를 때에 금속막(70) 중에 유도 전류를 흘려 열에너지로 변환시키는 댐핑 효과가 우수하다. 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)으로부터 발생하는 누설 자속 φ3, φ4의 방향은, 환상의 금속막(70)의 주 단면과 교차한다. 이 때문에, 금속막(70)에 있어서, 주위 방향의 유도 전류가 흐르기 쉽다. 그 결과, 노멀 모드 초크 코일을 생략할 수 있다.
금속막(70)은 흡입 하우징(15), 즉 하우징(14)에 열적으로 결합되어 있다. 또한, 방열면(Sr)이 접해 있는 제1 직선부(71)의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값은, 제1 직선부(71) 이외의 부위의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값보다도 크다. 이 때문에, 금속막(70)에 있어서의 방열면(Sr)에 가까운 부위에, 온도가 높은 부분을 마련할 수 있다. 이에 의해, 흡입 하우징(15)과의 높은 온도차로부터, 금속막(70)의 열을 효율적으로 방열면(Sr)으로 내보낼 수 있기 때문에, 방열면으로의 방열성이 우수하다. 따라서, 금속막(70)의 전체 온도를 낮출 수 있다.
(2) 금속막(70)의 제1 직선부(71)에 슬릿(75)을 마련함으로써, 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값을 크게 하였다. 이에 의해, 금속막(70)에 있어서의 방열면(Sr)에 가까운 부위에, 온도가 높은 부분을 용이하게 마련할 수 있다. 또한, 동일 폭, 동일 두께의 금속막(70)에 슬릿(75)을 형성하는 것은, 제조상 용이하며 실용적이다.
(3) 슬릿(75) 내에 방열 그리스(90)를 배치함으로써, 제1 권선(60) 및 제2 권선(61) 및 제1 직선부(71)가 방열 그리스(90)를 통해 하우징(14)과 열적으로 결합되어 있다. 이에 의해, 금속막(70)에 발생하는 열에 더하여 권선(60, 61)에 발생하는 열을, 슬릿(75) 내의 방열 그리스(90)를 통해 방열면(Sr)으로 내보낼 수 있다.
(4) 금속막(70)의 내주면에는, 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)에 대하여 절연하는 수지층(80)이 형성되어 있다. 즉, 수지층(80)이, 금속막(70)의 내주면과 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)의 각 외면 사이에 형성되어 있다. 이에 의해, 방열성 및 댐핑 효과가 우수한 필터 회로에 있어서 저항 성분을 높이기 위해 도전체의 두께를 저감시켜도, 강도를 유지하면서, 강성을 높임과 함께 절연성을 확보할 수 있다.
본 실시 형태는, 예를 들어 다음과 같이 변경해도 된다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 금속막(70)에 평행하게 연장되는 한 쌍의 슬릿(76a, 76b)을 형성해도 된다. 도 10에 도시한 바와 같이, 금속막(70)에 평행하게 연장하는 한 쌍의 슬릿(77a, 77b)과 한 쌍의 슬릿(77c, 77d)을 형성하고, 슬릿(77a, 77b)과 슬릿(77c, 77d)을 금속막(70)의 길이 방향으로 나열하여 배치해도 된다.
금속막(70)에 있어서, 방열면(Sr)에 접해 있는 방열부에 슬릿(75)을 형성하였지만, 방열부를 얇게 해도 된다. 요컨대, 동일 폭, 동일 두께의 금속막(70)에 슬릿(75)을 마련하지 않고, 방열부의 단면적을 작게 하면 된다.
금속막(70)에 있어서의 방열면(Sr)에 접해 있는 방열부를, 방열부 이외의 부위보다도 전기 저항이 큰 재료로 구성해도 된다.
방열 그리스(90) 대신에, 방열 시트를 사용해도 된다. 요컨대, 열전도율이 크고 열전도성이 우수한 방열 수지재를 사용하면 된다.
금속막(70)은 구리박 외에도, 알루미늄박, 놋쇠박, 스테인리스강재의 박 등으로 구성해도 된다. 이들 비자성 금속은 자화나 자기 포화의 우려도 없고, 취급하기 쉽다. 또한, 구리 등의 비자성 금속에 한정되지 않고, 철 등의 자성 금속을 사용해도 된다.
코어(50)를 덮는 도전체는 환상이면, 막에 한정되지 않는다. 도전체는, 예를 들어 비교적 두께를 갖는 판상이어도 된다.
수지층(80)은 폴리이미드 외에도, 폴리에스테르, PET, PEN 등으로 구성되어도 된다.
수지층(80) 대신에, 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)의 절연 피막을 두껍게 하여, 절연성을 높여도 된다.
수지층(80) 대신에, 별도의 부재를 사용하여, 금속막(70)을 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)에 접촉하지 않도록 지지해도 된다. 예를 들어, 코어(50)를 동일 형상의 수지제 케이스로 덮어도 된다. 이 경우, 금속막(70)을 제1 권선(60) 및 제2 권선(61)에 접촉하지 않도록 하기 위해서, 한 쌍의 암 부재를 케이스에 형성해도 된다.
하우징의 일부로서 금속제의 베이스 부재가, 저벽부(15a)와 제1 직선부(71) 사이에 개재해도 된다.
본 발명은, 차량 탑재용이 아닌 전동 압축기에 적용해도 된다.

Claims (4)

  1. 전동 압축기이며,
    유체를 압축하는 압축부와,
    상기 압축부를 구동하는 전동 모터와,
    상기 전동 모터를 구동하는 인버터 장치와,
    상기 인버터 장치를 수용하는 금속제의 하우징을 구비하고,
    상기 인버터 장치는,
    직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 회로와,
    상기 인버터 회로의 입력측에 마련되어, 상기 인버터 회로에 입력되기 전의 상기 직류 전력에 포함되는 공통 모드 노이즈 및 노멀 모드 노이즈를 저감시키는 노이즈 저감부를 구비하고,
    상기 노이즈 저감부는,
    공통 모드 초크 코일과,
    상기 공통 모드 초크 코일과 함께 로 패스 필터 회로를 구성하는 평활 콘덴서를 구비하고,
    상기 공통 모드 초크 코일은,
    환상의 코어와,
    상기 코어에 권회되는 제1 권선과,
    상기 코어에 권회되어, 상기 제1 권선으로부터 이격되어 있음과 함께 상기 제1 권선과 대향하는 제2 권선과,
    상기 제1 권선 및 상기 제2 권선에 걸쳐 있음과 함께 상기 코어를 덮는 환상의 도전체를 구비하고,
    상기 도전체에서는, 상기 제1 권선과 상기 제2 권선 사이에 있어서 대향하는 부위끼리가 이격되어 있으며,
    상기 도전체는 상기 하우징에 열적으로 결합된 방열부를 갖고,
    상기 도전체의 상기 방열부에 있어서의 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값이, 상기 방열부 이외의 부위에 있어서의 상기 전기 저항의 평균값보다도 큰, 전동 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전체의 상기 방열부에 슬릿을 마련함으로써, 주위 방향의 단위 길이당 전기 저항의 평균값을 크게 한, 전동 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬릿 내에 방열 수지재가 배치되고,
    상기 제1 권선, 상기 제2 권선 및 상기 방열부는, 상기 방열 수지재를 통해 상기 하우징과 열적으로 결합되어 있는, 전동 압축기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전체의 내주면에는, 상기 제1 권선 및 상기 제2 권선과 상기 도전체 사이의 절연성을 확보하는 수지층이 형성되어 있는, 전동 압축기.
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