WO2017104683A1

WO2017104683A1 - 電動型圧縮機

Info

Publication number: WO2017104683A1
Application number: PCT/JP2016/087138
Authority: WO
Inventors: 裕展出口
Original assignee: 株式会社ヴァレオジャパン
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-06-22
Also published as: EP3392504A1; JPWO2017104683A1; EP3392504A4

Abstract

【課題】インバータとカバーとの間の絶縁性を確保しつつ、インバータの放熱性にも優れた電動型圧縮機を提供する。金属製のハウジングに金属製のカバーを取り付けて画成されたインバータ収容空間に、インバータ回路基板を覆う樹脂製の絶縁部材をインバータ回路基板とカバーとの間に設け、インバータ回路基板と絶縁部材との間、及び、絶縁部材とカバーとの間に、鉛直方向に延びる通路を形成し、インバータ回路基板と絶縁部材との間の通路と絶縁部材とカバーとの間の通路とを絶縁部材の上方および下方で連通させる。

Description

電動型圧縮機

　本発明は、ハウジングに圧縮機構及び電動機と、電動機を駆動制御するインバータとが収容されている電動型圧縮機において、特に、インバータに対する絶縁性の要請と放熱性の要請とを両立させることが可能な電動型圧縮機に関する。

　一般的に、電動型圧縮機においては、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動機とがハウジング内に収容されている。さらに、このハウジングには電動機を駆動制御するインバータが収容されるインバータ収容空間が設けられ、ハウジングにカバーが取り付けられることでこのインバータ収容空間が閉塞されている。

　このような電動型圧縮機において、カバーをハウジングと共に金属製にすると、インバータからの電磁ノイズが外部に漏れたり、外部からの電磁ノイズがインバータに流れたりすることを防ぐことが可能となり、また、インバータから発熱する熱をカバーを介して放熱しやすくなるが、カバーとインバータとの間の絶縁性を確保しにくくなる。

　そこで、従来においては、カバーを金属板とこの金属板の内面に密着させた（金属板を芯金として樹脂材料により一体成型した）樹脂材料の内側絶縁部とによって構成し、金属板により電磁シールドを図り、また、内側絶縁部により金属板とインバータとの間の絶縁性を確保することが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２－１９３６６０号公報

　しかしながら、上述した構成においては、インバータの周囲が金属板および内側絶縁部によって覆われるので、電磁シールド及び絶縁性には優れているものの、内側絶縁部によりインバータから発熱する熱を金属板を介して放熱しにくい構成となっており、インバータの冷却を犠牲にするものであった。

　本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、インバータとカバーとの間の絶縁性を確保しつつ、インバータの放熱性にも優れた電動型圧縮機を提供することを主たる課題としている。

　上記課題を達成するために、本発明に係る電動型圧縮機は、金属製のハウジング内に、圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動機とが収容され、前記ハウジング及びこれに取付けられる金属製のカバーによって区画されたインバータ収容空間に、前記電動機を駆動制御するインバータが収容され、水平方向に、前記圧縮機構、前記電動機、および前記インバータ収容空間が配置されている構成において、前記インバータ収容空間に、前記インバータを覆う絶縁部材を前記インバータと前記カバーとの間に設け、前記インバータと前記絶縁部材との間、及び、前記絶縁部材と前記カバーとの間に鉛直方向に延びる通路をそれぞれ形成し、前記インバータと前記絶縁部材との間の通路と前記絶縁部材と前記カバーとの間の通路とは、前記絶縁部材の上方および下方で連通していることを特徴としている。

　したがって、インバータ収容空間は金属製のカバーで閉塞されているので、インバータからの電磁ノイズが外部に漏れたり、外部からの電磁ノイズがインバータに流れたりすることを防ぐことが可能となり、また、インバータを覆うように絶縁部材が設けられるので、インバータとカバーとの間の絶縁性能を確保することが可能となる。しかも、インバータと絶縁部材との間、及び、絶縁部材とカバーとの間に、鉛直方向に延びる通路がそれぞれ形成され、これらの通路（インバータと絶縁部材との間の通路、絶縁部材とカバーとの間の通路）は、絶縁部材の上方および下方で連通している。したがって、インバータ収容空間内の空気は、絶縁部材のインバータ側において、インバータからの発熱により温められて上昇し、絶縁部材の上側の連通部分を介して絶縁部材のカバー側へ至り、カバーに接触することによって冷却されて絶縁部材のカバー側の通路を下降し、絶縁部材の下側の連通部分を介して絶縁部材のインバータ側へ移動し、再びインバータの熱を吸熱して温められて絶縁部材のインバータ側の通路を上昇し、以後、この現象を繰り返す。すなわち、インバータ収容空間内の空気は、インバータ収容空間内を対流効果によって循環することになる。
　よって、インバータの前面に絶縁部材が配置されているにも拘らず、インバータから発熱した熱を効果的に放熱させることができ、磁気シールド及絶縁性を確保しつつ冷却効果をも促進することが可能となる。

　なお、前記絶縁部材は、樹脂製にするとよい。
　樹脂製にすることで、軽量で成形が容易な絶縁部材を得ることが可能となる。

　ここで、前記絶縁部材は、前記インバータに近接して鉛直方向に延びる壁部と前記カバーに近接して鉛直方向に延びる壁部とが水平方向に交互に形成されているとよい。
　このような構成においては、絶縁部材が配置される空間が狭い場合でも、絶縁部材とインバータとの間、及び、絶縁部材とカバーとの間の通路面積を確保することが可能となり、通路が狭められて対流効果が低減する不都合がなくなる。

　また、上述した構成において、カバーの表面には、リブを形成してもよい。
　このような構成とすることで、カバーの強度を確保すると共に振動を抑えることが可能となり、また、カバーと外気あるいは内気が接触する面積を増やすことでインバータ収容空間の冷却効果を高めることが可能となる。

　なお、絶縁部材をハウジング又はカバーに取り付ける場合においては、絶縁部材をハウジング又はカバーに取付ける固定具と、カバーをハウジングに取付ける固定具とは異なるものにするとよい。
　一般的に、ハウジングとカバーとの間は、気密性が要請されるが、絶縁部材は、インバータ収容空間内に固定すればいいので、気密性を必要としない。しかし、同じ固定具でカバーと絶縁部材とを固定する場合には、気密性を確保するための寸法精度や表面精度を絶縁部材に対しても要請しなければならなくなる。そこで、絶縁部材の組み付けとカバーの組み付けとを行う固定具を異なるものとすることで、絶縁部材において、気密性を確保するための寸法精度や表面精度が不要となる。

　以上述べたように、本発明の電動型圧縮機によれば、インバータ収容空間に、インバータを覆う絶縁部材をインバータとカバーとの間に設け、インバータと絶縁部材との間、及び、絶縁部材とカバーとの間に、鉛直方向に延びる通路をそれぞれ形成し、それぞれの通路（インバータと絶縁部材との間の通路、絶縁部材とカバーとの間の通路）を絶縁部材の上方および下方で連通するようにしたので、金属製のカバーによって電磁シールドを確保することができると共にインバータを覆う絶縁部材によってインバータとカバーとの間の絶縁性を確保することができ、また、インバータを絶縁部材で覆った場合でもインバータの冷却を促進することが可能となる。

図１は、本発明に係る電動型圧縮機の全体構成を示す断面図である。図２は、図１に係る電動型圧縮機のハウジングのインバータ収容空間に収容される絶縁部材とカバーとを示す分解斜視図である。図３は、インバータ収容ハウジング部材のインバータ収容空間に収容される絶縁部材等の収容状態を示す図である。

　以下、本発明の電動型圧縮機について、図面を参照しながら説明する。

　図１において、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに適した電動型圧縮機１が示されている。この電動型圧縮機１は、アルミ合金で構成されたハウジング２内に、図中左方において圧縮機構３を配設し、また、図中右側において圧縮機構を駆動する電動機４を配設している。
　尚、図１において、図中右側を圧縮機の前方、図中左側を圧縮機の後方としている。

　ハウジング２は、圧縮機構３を収容する圧縮機構収容ハウジング部材２ａと、圧縮機構３を駆動する電動機４を収容する電動機収容ハウジング部材２ｂと、電動機４を駆動制御するインバータ５を収容するインバータ収容ハウジング部材２ｃとを有し、これらハウジング部材を図示しない位置決めピンにより位置決めすると共に締結ボルトで軸方向に締結するようにしている。

　また、カバー１６は、インバータ収容ハウジング部材２ｃの端部に固定されている。すなわち、カバー１６は、ハウジング２の端部に配置されている。

　電動機収容ハウジング部材２ｂの周壁には、図示しない吸入ポートが形成され、この吸入ポートを介して図示しない外部冷媒回路から冷媒が導入されるようになっている。また、圧縮機構収容ハウジング部材２ａには、吐出ポートが形成され、この吐出ポートを介して圧縮機構で圧縮された冷媒が外部冷媒回路へ吐出されるようになっている。ここで、圧縮機構は、各種形態が考えられるが、例えば、圧縮機構収容ハウジング部材２ａに固定された固定スクロールと、この固定スクロールに軸方向で対峙して配置された揺動スクロールとを備えたスクロール型としてもよい。

　電動機収容ハウジング部材２ｂの内部に形成された電動機収容空間１１には、電動機４を構成するステータ４１とロータ４２とが設けられている。ステータ４１は、円筒状をなす鉄心４１ａとこれに巻回されたコイル４１ｂとで構成され、電動機収容ハウジング部材２ｂの内面に固定されている。また、電動機収容空間１１には、一端部が後述するインバータ収容ハウジング部材２ｃに回転自在に支持され、他端部が電動機収容ハウジング部材２ｂの圧縮機構収容ハウジング部材２ａとの境界部分に回転自在に支持された駆動軸６が設けられている。この駆動軸６には、ステータ４１の内側において回転可能に収容されたマグネットからなるロータ４２が固装され、このロータ４２が、ステータ４１によって形成される回転磁力により回転され、駆動軸６を回転するようになっている。

　なお、電動機収容ハウジング部材２ｂの周壁に形成された吸入口から電動機収容空間１１に導入された冷媒ガスは、ステータ４１とハウジング２（電動機収容ハウジング部材２ｂ）との間の隙間や、駆動軸６を支持する壁部に形成された孔等を介して、圧縮機構３に導かれる。

　インバータ収容ハウジング部材２ｃは、電動機収容ハウジング部材２ｂと対峙する側に前記駆動軸６を支持する軸支部７ａが一体に形成された仕切壁７を有し、駆動軸６は、この軸支部７ａにベアリング８を介して回転可能に支持されている。このインバータ収容ハウジング部材２ｃに形成された仕切壁７によってハウジング２の内部前方が、電動機４を収納する電動機収容空間１１とインバータ５を収容するインバータ収容空間１２に仕切られている。
　この例では、インバータ収容空間１２は、インバータ収容ハウジング部材２ｃにカバー１６をネジ１７によって固定することで画成されている。
　したがって、電動型圧縮機１は、前記圧縮機構３、前記電動機４、およびインバータ５（インバータ収容空間１２）がこの順で水平方向に配置されている。

　インバータ５は、図２にも示されるように、インバータ回路を搭載したインバータ回路基板５１をインバータ収容ハウジング部材２ｃの仕切壁７に沿って配置し、この例では、インバータ収容空間１２に臨む仕切壁７に凹部１２ａを形成し、この凹部１２ａの周縁にインバータ回路基板５１を載置して固定されている。

　インバータ回路基板５１の裏面、即ち、仕切壁７と対峙する面には、インバータ回路のスイッチング素子をモジュール化したインバータモジュール５２が固定されている。このインバータモジュール５２は、発熱素子が集積されているため、仕切壁７に形成された平坦な設置面にシリコングリス等の熱伝導材を介して密着され、その状態を保持するようにインバータ回路基板５１に形成されたネジ貫通孔５１ａを介して挿通されたネジ５３により仕切壁７に固定し、電動機収容空間１１に導入された冷媒ガスによって仕切壁７を介して冷却されるようにしている。

　また、仕切壁７には、ターミナル（気密端子）１３を取り付けるための貫通孔７ｂが形成されている。
　この例において、ターミナル（気密端子）１３は、硬質部材で形成された本体部１３ａと、この本体部１３ａに貫通固定された複数（３本）の端子ピン１３ｂとを有して構成されているもので、端子ピン１３ｂが気密に貫通する本体部１３ａには、貫通孔７ｂの周縁に係止可能なフランジ部１３ｃを有している。このようなターミナル１３は、貫通孔７ｂに対して電動機収容空間１１から挿入され、本体部１３ａの一部をインバータ収容空間１２に突出させることで仕切壁７に固定し、貫通孔７ｂを気密に封止している。

　前記インバータ回路基板５１には、前記ターミナル１３の設置箇所と対峙する部分に複数（３つ）の端子ピン１３ｂを接触させることなく貫通させることができる程度の通孔５１ｂが形成されている。
　そして、ターミナル１３には、図示しないケーブルを介してインバータ回路に接続されたインバータ側コネクタ１４が、インバータ回路基板５１の仕切壁７と対峙する側とは反対側から端子ピン１３ｂのインバータ回路基板５１の通孔５１ｂから突出した部分に装着され、また、図示しないケーブルを介して電動機４のステータ４１に接続された電動機側コネクタ１５が、ターミナル１３の後方側から端子ピン１３ｂの電動機収容空間１１に突出している部分に装着されている。したがって、インバータ回路とステータ４１とはターミナル１３を介して電気的に接続され、電動機４に対してインバータ５から給電するようになっている。

　ところで、インバータ収容空間１２には、インバータ回路基板５１を覆うように樹脂製の絶縁部材２１が、インバータ回路基板５１とカバー１６との間に設けられている。
　この絶縁部材２１は、インバータ回路基板５１のほぼ全体を覆う大きさに形成されている。この例において、絶縁部材２１は、略矩形状に形成され、四隅部分をインバータ収容ハウジング部材２ｃの凹部１２ａの周縁に形成されたネジ受けボス部２２にネジ２３によって止めすることでインバータ回路基板５１に対して離して固定されている。

　また、この絶縁部材２１は、インバータ回路基板５１に近接して鉛直方向に延びた壁部２１ａ，２１ｂとカバー１６に近接して鉛直方向に延びた壁部２１ｃとが水平方向に交互に一体形成されている。この例では、壁部２１ａ，壁部２１ｂとの間の壁部２１ｃがカバー１６に近接する壁部を構成し、その両側の壁部２１ａ，２１ｂがインバータ回路基板５１に近接する壁部を構成する。それにより、絶縁部材２１の中間部でインバータ回路基板５１との間で通路面積が大きい上下方向に延びる上昇通路２４が形成され、また、絶縁部材２１の両脇部でカバー１６との間で通路面積が大きい上下方向に延びる下降通路２５が形成されている。前記ターミナル１３及びインバータ側コネクタ１４は、上昇通路２４に配置されている。

　そして、絶縁部材２１は、インバータ収容空間１２の上部内周壁と下部内周壁とに接触しないように取付けられ、上昇通路２４（インバータ回路基板５１と絶縁部材２１との間の通路）と、下降通路２５（絶縁部材２１とカバー１６との間の通路）とは、絶縁部材２１の上方および下方で連通された状態となっている。

　前記カバー１６は、その周縁部を所定の周方向間隔で前記インバータ収容ハウジング部材２ｃの内周壁に形成されたネジ留用円筒部２６に図示しないシール材を介して前記ネジ１７により気密に固定されている。

　前記絶縁部材２１は、絶縁性能を向上するために、インバータ回路基板５１とカバー１６との間に配設されていればよいが、インバータ収容ハウジング部材２ｃとカバー１６との間は、ある程度の気密性が要請されるので、絶縁部材２１を固定するネジ（固定具）２３とカバー１６をハウジングに固定するネジ（固定具）１７とは、異なるものが設けられている。

　また、前記カバー１６の表面には、表面を部分的に膨出させて形成されたリブ２７が形成されている。このリブ２７の形状は、特に限定されるものではなく、カバー１６の表面に凹凸が形成されることで、カバー１６と外気あるいは内気との接触面積を大きくすることができる。

　上述した構成の電動型圧縮機において、インバータ収容空間１２は金属製のインバータ収容ハウジング部材２ｃ、及び、金属製のカバー１６で閉塞されているので、インバータからの電磁ノイズが外部に漏れたり、外部からの電磁ノイズがインバータに流れたりすることを防ぐことが可能となる。

　また、インバータ回路基板５１を覆うように樹脂製の絶縁部材２１が設けられるので、インバータとカバー１６との間の絶縁性能が向上し、安全性を確保することが可能となる。

　しかも、絶縁部材２１は、インバータ回路基板５１と絶縁部材２１との間、及び、絶縁部材２１とカバー１６との間に、鉛直方向に延びる通路（上昇通路２４、下降通路２５）がそれぞれ形成され、これら通路は絶縁部材２１の上方および下方で連通している。したがって、インバータ収容空間内１２の空気は、絶縁部材２１のインバータ回路基板５１側では、インバータ回路からの発熱により温められて絶縁部材２１のインバータ回路基板５１側の通路（上昇通路２４）を上昇し、絶縁部材２１の上側の連通部分を通って絶縁部材２１のカバー１６側へ至り、カバー１６の内面と接触することによって冷却されて絶縁部材２１のカバー１６側の通路（下降通路２５）を下降し、絶縁部材２１の下側の連通部分を通って絶縁部材２１のインバータ回路基板５１側へ移動し、再びインバータ回路基板５１からの熱を吸熱して温められ、絶縁部材２１のインバータ回路基板５１側の通路（上昇通路２４）を再び上昇し、以後、この現象を繰り返す。すなわち、インバータ収容空間内の空気は、図１の矢印で示されるように、インバータ収容空間内１２を対流効果によって循環することになる。

　したがって、インバータ回路基板５１を覆うように樹脂製の絶縁部材２１が配置されているにも拘らず、インバータ回路から発熱した熱を効果的に放熱させることができ、冷却効果を促進させることが可能となる。しかも、絶縁部材２１は、インバータ回路基板５１に近接する壁部２１ａ，２１ｂとカバー１６に近接する壁部２１ｃとが交互に形成されているので、壁部２１ａ，２１ｂは相対的にカバー１６から離間し、壁部２１ｃは相対的にインバータ回路基板５１から離間する。それにより、絶縁部材２１が配置される空間が狭い場合でも上昇通路２４と下降通路２５の通路面積を確保することができ、また、絶縁部材２１とコネクタや電子部品との干渉が避けられ、対流効果の減少を防止することが可能となる。
　しかも、上述の構成においては、カバー１６の表面にリブ２７が形成されているので、外気あるいは内気と接触するカバー１６の表面積を増やすことができ、カバー１６の内側での冷却機能を高めることが可能となる。

　さらに、カバー１６の固定具（ネジ１７）と絶縁部材２１の固定具（ネジ２３）とを異なるものとした。
　カバー１６と絶縁部材２１とを同じ固定具で固定する場合には、気密性を確保するための寸法精度や表面精度を絶縁部材に対しても要請しなければならなくなり、コストが上昇することになる。しかしながら、絶縁部材２１の固定具（ネジ２３）をカバー１６の固定具（ネジ１７）とは異なるものとすることで、絶縁部材２１において、気密性を確保するための寸法精度や表面精度が不要となる。

　なお、上述においては、絶縁部材２１をハウジング側（インバータ収容ハウジング部材２ｃ）に固定した例を示したが、カバー１６に絶縁部材２１を間隙を開けて固定し、インバータ回路基板５１と絶縁部材２１との間、及び、絶縁部材２１とカバー１６との間に、鉛直方向に延びる通路をそれぞれ形成するようにしてもよい。

　１　電動型圧縮機
　２　ハウジング
　３　圧縮機構
　４　電動機
　１２　インバータ収容空間
　１６　カバー
　１７，２３　ネジ（固定具）
　２１　絶縁部材
　２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　壁部
　２４　上昇通路
　２５　下降通路
　２７　リブ
　５１　インバータ回路基板

Claims

　金属製のハウジング内に、圧縮機構と、この圧縮機構を駆動する電動機とが収容されると共に、前記ハウジング及びこれに取付けられる金属製のカバーによって区画されたインバータ収容空間に、前記電動機を駆動制御するインバータが収容され、水平方向に、前記圧縮機構、前記電動機、および前記インバータ収容空間が配置されている電動型圧縮機において、
　前記インバータ収容空間に、前記インバータを覆う樹脂製の絶縁部材を前記インバータと前記カバーとの間に設け、
　前記インバータと前記絶縁部材との間、及び、前記絶縁部材と前記カバーとの間に鉛直方向に延びる通路をそれぞれ形成し、
　前記インバータと前記絶縁部材との間の通路と前記絶縁部材と前記カバーとの間の通路とは、前記絶縁部材の上方および下方で連通していることを特徴とする電動型圧縮機。
　前記絶縁部材は、樹脂製であることを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
　前記絶縁部材は、前記インバータに近接する鉛直方向に延びる壁部と前記カバーに近接する鉛直方向に延びる壁部とが水平方向に交互に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動型圧縮機。
　前記カバーの表面には、リブが形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動型圧縮機。
　前記絶縁部材は、前記ハウジング又は前記カバーに取り付けられ、前記絶縁部材を前記ハウジング又は前記カバーに取付ける固定具と、前記カバーを前記ハウジングに取付ける固定具とは異なるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動型圧縮機。