(57)【要約】【課題】インバータアセンブリの電子部品の冷却効率を向上させることができる電動コンプレッサを提供する。【解決手段】電動コンプレッサ１０は、吸入圧領域に設けられたモータ室２７を備える。モータ室２７とインバータ収容室１０１とは第１ハウジングを挟んで隣接し、第１ハウジング２４には、モータ室２７からインバータ収容室１０１へと向かう冷却孔１３０が形成される。冷却孔１３０は第１ハウジング２４を貫通する貫通孔である。モータ室２７内の冷媒は、冷却孔１３０に流入して伝熱板１１０に接触し、伝熱板１１０を直接的に冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入圧領域から流体を吸入する、圧縮機構部と、
前記圧縮機構部を駆動する電動モータと、
前記吸入圧領域に設けられ、前記電動モータを収容するモータ室と、
直流電力を多相交流電力に変換して前記電動モータに供給するとともに、前記電動モータの回転数を制御するインバータアセンブリと、
前記インバータアセンブリを収容するインバータ収容室と
を備え、
前記インバータアセンブリは、電気回路を有する基板と、前記基板に接続された電子部品と、前記基板を支持するベースとを備えるとともに、前記インバータ収容室内に脱着可能に固定され、
前記モータ室および前記インバータ収容室は、ハウジングを挟んで隣接する
電動コンプレッサにおいて、
前記ハウジングには、前記モータ室から前記インバータ収容室へと向かう貫通孔が形成され、
前記貫通孔の一端は前記ベースに接し、
前記貫通孔の周囲において、前記モータ収容室と前記インバータ収容室とはシールされる
ことを特徴とする、電動コンプレッサ。
【請求項２】
前記モータ収容室と前記インバータ収容室との前記シールは、Ｏリングを用いてなされることを特徴とする、請求項１に記載の電動コンプレッサ。
【請求項３】
前記電子部品はスイッチング素子を含み、前記貫通孔は前記スイッチング素子の近傍に設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の電動コンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動コンプレッサに係り、とくに電動モータを駆動するインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機構部を有する電動コンプレッサは、圧縮機構部を駆動する電動モータを備え、さらにこの電動モータを制御および駆動するインバータを備える構成としたものが知られている。このような電動コンプレッサは、インバータ収容室にインバータを収容して固定する。このような電動コンプレッサには、インバータの各部材を取り外し不可能に固定する構成のものがあり、たとえば特許文献１に開示される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９７６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるような従来の電動コンプレッサのインバータにおいては、インバータに含まれる電子部品、とくにスイッチング素子の冷却効率が比較的低いという問題がある。
このため、たとえば、耐熱温度の低いスイッチング素子を使用する場合には温度保護が必要となり、構成が複雑になる。また、耐熱温度の高いスイッチング素子を使用する場合には高コストおよび構成の大型化につながる。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、インバータアセンブリの電子部品の冷却効率を向上させることができる電動コンプレッサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の問題点を解決するため、この発明に係る電動コンプレッサは、吸入圧領域から流体を吸入する、圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動モータと、吸入圧領域に設けられ、電動モータを収容するモータ室と、直流電力を多相交流電力に変換して電動モータに供給するとともに、電動モータの回転数を制御するインバータアセンブリと、インバータアセンブリを収容するインバータ収容室とを備え、インバータアセンブリは、電気回路を有する基板と、基板に接続された電子部品と、基板を支持するベースとを備えるとともに、インバータ収容室内に脱着可能に固定され、モータ室およびインバータ収容室は、ハウジングを挟んで隣接する電動コンプレッサにおいて、ハウジングには、モータ室からインバータ収容室へと向かう貫通孔が形成され、貫通孔の一端はベースに接し、貫通孔の周囲において、モータ収容室とインバータ収容室とはシールされることを特徴とする。
【０００７】
この電動コンプレッサによれば、吸入圧領域すなわち低温側であるモータ室内の冷媒が、貫通孔へと流入し、ハウジングを貫通してベースに接触する。これによって、貫通孔の周辺においてベースが直接的に冷却される。ベースは伝熱板として機能し、さらに電子部品を冷却する。
【０００８】
モータ収容室とインバータ収容室とのシールは、Ｏリングを用いてなされてもよい。
このような構成とすることにより、モータ収容室とインバータ収容室とを確実にシールすることができる。
電子部品はスイッチング素子を含み、貫通孔はスイッチング素子の近傍に設けられてもよい。
このような構成とすることにより、スイッチング素子をより効率的に冷却することができる。電子部品を構成する要素のうち、スイッチング素子は他の部品に比べて高温になりやすい部分であるため、このようにスイッチング素子をピンポイントで冷却できれば、電子部品全体をより効率的に冷却することができる。
インバータアセンブリは、基板を支持するベースをさらに備え、ベースは貫通孔の一端に接してもよい。
このような構成とすることにより、伝熱板であるベースを、モータ収容室とインバータ収容室とをシールするための構成としても利用することができ、構成が簡素となる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、吸入圧領域の冷媒が、冷却孔を通ってインバータアセンブリの伝熱板に接触し、伝熱板を直接的に冷却するので、インバータアセンブリの電子部品の冷却効率を向上させることができる。
これによって、たとえば、耐熱温度の高いスイッチング素子は不要となり、高コストおよび構成の大型化を回避できる。また、たとえば、耐熱温度の低いスイッチング素子であっても温度保護が不要となり、構成が簡素になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサ１０を示す。
電動コンプレッサ１０は、第１ハウジング２４および第２ハウジング２５を備える。第１ハウジング２４および第２ハウジング２５は、ボルト１６によって互いに固定される。第１ハウジング２４は、筒状部２４ｆおよび底部２４ｇを含む有底筒形状であり、底部２４ｇには円筒状の軸支持部２４ｈが設けられる。
なお、図１において、図面右側すなわち第２ハウジング２５側を前とし、図面左側すなわち第１ハウジング２４の底部２４ｇ側を後ろと規定する。
【００１１】
電動コンプレッサ１０は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、固定スクロール１１および旋回スクロール１２により形成された圧縮室１３とを備える。固定スクロール１１は、円盤状の固定基盤１１ａと、固定基盤１１ａから立設される渦巻状の固定ラップ１１ｂと、固定ラップ最外壁１１ｃとを備える。固定基盤１１ａの中央には吐出口４７が設けられている。
電動コンプレッサ１０において、圧縮機構部は、固定スクロール１１と、旋回スクロール１２と、圧縮室１３とからなり、吸入圧領域から流体を吸入するとともに、これを圧縮して吐出圧領域に吐出する。ここで、吸入圧領域とは、電動コンプレッサ１０の外部から吸入された流体が圧縮室１３に流れ込むまでに通過する領域のことであり、吐出圧領域とは、圧縮室１３において圧縮された流体が電動コンプレッサ１０の外部に流出するまでに通過する領域のことである。
【００１２】
旋回スクロール１２は、円盤状の旋回基盤１２ａと、この旋回基盤１２ａから立設される渦巻状の旋回ラップ１２ｂとからなり、旋回基盤１２ａの背面側中央には、ボールベアリング１７を保持する有底円筒状の保持部１２ｃが設けられる。
【００１３】
さらに電動コンプレッサ１０は、旋回スクロール１２に旋回運動（公転運動）を行わせる駆動クランク機構１９と、旋回スクロール１２の自転を防止するピン２０とを備える。ピン２０は、軸支持部材１５に取り付けられるとともに、旋回スクロール１２の環状凹部１２ｄに遊嵌するように設けられる。
駆動クランク機構１９は、保持部１２ｃと、駆動軸２２のクランクピン２２ａと、このクランクピン２２ａをブッシュ１８を介して支承するボールベアリング１７とにより構成される。
【００１４】
駆動軸２２は、電動モータ２６の中央を貫通する。電動モータ２６は、圧縮機構部を駆動するものであり、駆動軸２２と、この駆動軸２２に嵌入されたロータ２８と、さらにその外周側に設けられ、コイル２９が巻回されたステータ３０とを備える三相同期モータである。
【００１５】
第１ハウジング２４の後方寄りの外表面には、第１ハウジング２４の一部が窪んでインバータ収容室１０１が設けられる。電動コンプレッサ１０は、インバータ収容室１０１の内部に収容されるインバータアセンブリ１００を含む。なお、インバータアセンブリ１００の詳細な構成は図２を参照して後述するものであり、図１では簡明のため伝熱板１１０のみ示してある。
このインバータアセンブリ１００は、第１ハウジング２４に設けられた気密端子１２２（図２を参照して後述）を介して、電動モータ２６と電気的に接続されている。
インバータアセンブリ１００は、外部から供給される直流電力を多相交流電力に変換して電動モータ２６に供給するとともに、電動モータ２６の回転数を制御する。
【００１６】
また、第１ハウジング２４には、インバータアセンブリ１００を覆うようにカバー１５０が取り付けられ、このカバー１５０がインバータ収容室１０１を外部から隔絶する。ここで、カバー１５０は電動コンプレッサ１０の外壁を構成するものである。すなわち、カバー１５０、第１ハウジング２４、および第２ハウジング２５が、電動コンプレッサ１０の内部を外部から隔絶する。また、インバータ収容室１０１は、カバー１５０および第１ハウジング２４を外壁として形成される。
なお、電動コンプレッサ１０が使用される際は、図１において駆動軸２２からインバータアセンブリ１００を見た方向が上となるように配置される。すなわち、インバータアセンブリ１００は第１ハウジング２４の上方に配置される。
【００１７】
駆動軸２２の、駆動クランク機構１９側の端は、ボールベアリング２２ｅを介して軸支持部材１５によって支持され、その後端は、ボールベアリング２２ｆを介して第１ハウジング２４の軸支持部２４ｈにより支持される。また、ボールベアリング２２ｅの後側にはシール２２ｇが設けられ、駆動軸２２および軸支持部材１５の間をシールする。
【００１８】
上述した第１ハウジング２４と、第２ハウジング２５とにより覆われた空間を、冷媒である流体が流通する。この空間において、第１ハウジング２４と軸支持部材１５とによって画定される部分がモータ室２７であり、また、第１ハウジング２４、第２ハウジング２５、および軸支持部材１５によって画定される部分がクランク室２１である。モータ室２７とクランク室２１とは、図示されない通路によって連通する。
ここで、図１および図２に示すように、モータ室２７およびインバータ収容室１０１は、第１ハウジング２４を挟んで隣接する。
【００１９】
吐出口４７に関して圧縮室１３と反対側には、固定スクロール１１および第２ハウジング２５によって画定される吐出室３２が設けられ、圧縮室１３で圧縮された冷媒は吐出口４７を介して吐出室３２へと吐出される。吐出室３２にはリード弁３４およびリテーナ３６が設けられ、冷媒の逆流すなわち吐出室３２から吐出口４７に向かう流れの発生を防止する。また、吐出室３２は外部と連通する外部開口３２ａを有する。この外部開口３２ａによって、電動コンプレッサ１０の内部と外部とが連通する。
【００２０】
以上のように構成される電動コンプレッサ１０において、冷媒は、外部から、図示されない吸入口を介して、モータ室２７に流入する。さらに冷媒は、モータ室２７から、図示されない吸入通路を介してクランク室２１およびクランク室と連通する圧縮室１３に流入する。圧縮室１３内において、駆動軸２２の回転に伴う旋回スクロール１２の旋回によって、冷媒は圧縮され、吐出口４７から吐出室３２へと流入し、さらに外部開口３２ａを介して外部へと吐出される。
【００２１】
図２に、この発明の実施の形態１に係るインバータアセンブリ１００およびその周辺の構成を示す。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における部分断面図である。
カバー１５０と第１ハウジング２４とがガスケット１２０を挟持し、これによってインバータ収容室１０１が外部から隔絶される。ガスケット１２０は、鉄製の板である芯と、芯を取り巻くゴム材によって構成される板状の部材である。
【００２２】
インバータアセンブリ１００は、電気回路を有する基板１１２と、基板１１２を支持するベースである伝熱板１１０とを含む。伝熱板１１０は、熱伝導率の比較的高い材料、たとえばアルミニウムからなり、モータ室２７およびインバータ収容室１０１の間で熱の伝導を媒介する。基板１１２は、ネジ１２８によって伝熱板１１０に固定される。
カバー１５０、伝熱板１１０、および第１ハウジング２４が、ネジ１１８によって共締め固定され、伝熱板１１０は第１ハウジング２４に密着して取り付けられる。なお、ネジ１１８は図２の断面とは異なる位置に設けられるため、共締め固定される部分は図２には現れない。図２には説明のためネジ１１８のネジ頭のみを示す。
また、インバータアセンブリ１００は、電子部品として、コンデンサ１１４、コイル１１６、気密端子１２２、スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）１２４および１２５、およびバリスタ（図示せず）を含む。
【００２３】
コンデンサ１１４は、たとえば電解コンデンサであり、リード１１４ａを有する。リード１１４ａは基板１１２にはんだ付けされ、コンデンサ１１４を基板１１２の電気回路と電気的に接続する。コンデンサ１１４は、リード１１４ａおよびリード１１４ａ周辺のはんだ（図示せず）によって基板１１２に固定され、また、樹脂製の接着剤１１４ｂによって伝熱板１１０に接着され固定される。
【００２４】
コイル１１６はリード１１６ａを有し、このリード１１６ａは、基板１１２にはんだ付けされてコイル１１６を基板１１２の電気回路と電気的に接続する。コイル１１６は、リード１１６ａおよびリード１１６ａ周辺のはんだ（図示せず）によって基板１１２に固定され、また、コイル１１６は、樹脂製の接着剤１１６ｂによって伝熱板１１０に接着され固定される。
【００２５】
ＩＧＢＴ１２４および１２５は、それぞれリード１２４ａおよび１２５ａを有し、このリード１２４ａおよび１２５ａは、基板１１２にはんだ付けされてＩＧＢＴ１２４および１２５を基板１１２の電気回路と電気的に接続する。ＩＧＢＴ１２４および１２５は、それぞれネジ１２６および１２７によって伝熱板１１０に固定される。
気密端子１２２はリード１２２ａを有し、このリード１２２ａは、基板１１２にはんだ付けされて気密端子１２２を基板１１２の電気回路と電気的に接続する。気密端子１２２は、伝熱板１１０に固定される。なお、図示しないが、気密端子１２２は、インバータアセンブリ１００と、第１ハウジング２４内の電動モータ２６（図１参照）とを電気的に接続するとともに、インバータ収容室１０１と、電動モータ２６が収容される空間であるモータ室２７とを気密に隔絶する。
【００２６】
このようにして基板１１２、コンデンサ１１４、およびコイル１１６が伝熱板１１０に支持され、インバータアセンブリ１００が組み立てられる。上述のように、伝熱板１１０はネジ１１８によって第１ハウジング２４に固定されており、これによってインバータアセンブリ１００が第１ハウジング２４に固定される。この固定はネジ１１８による脱着可能な螺合である。
【００２７】
第１ハウジング２４とステータ３０（図１参照）との間には、モータ室２７の少なくとも一部を含む冷媒通路が形成され、ここを冷媒が流通する。この冷媒は、第１ハウジング２４を介して伝熱板１１０を冷却し、これによってインバータアセンブリ１００を冷却する。また、冷媒は、ステータ３０を介して電動モータ２６を冷却する。
なお、この冷媒通路は、電動コンプレッサ１０の低圧側の通路である。すなわち、モータ室２７は、電動コンプレッサ１０の吸入圧領域に設けられる。
【００２８】
第１ハウジング２４には、ＩＧＢＴ１２５の直下において、モータ室２７からインバータ収容室１０１へと向かう冷却孔１３０が形成される。冷却孔１３０は第１ハウジング２４を貫通する貫通孔であり、その上端開口１３０ａは伝熱板１１０に接し、これによって伝熱板１１０は吸入圧領域の冷媒と接触することになる。冷却孔１３０の形状は、たとえば中空円筒状であるが、これは他の形状であってもよい。
冷却孔１３０の周囲において、モータ室２７とインバータ収容室１０１とをシールするためのシール構造が設けられる。図２の例では、冷却孔１３０の上端開口１３０ａの周囲にＯリング溝１３０ｂが設けられ、その内部にシール部材としてＯリング１３０ｃが配置される。Ｏリング１３０ｃは第１ハウジング２４および伝熱板１１０によって挟持され、冷却孔１３０の周囲においてモータ室２７とインバータ収容室１０１とを隔絶する。
【００２９】
電動コンプレッサ１０を組み立てる際には、まずインバータアセンブリ１００を一体として組み立てる。これはどのような順序でなされても良いが、たとえばまず伝熱板１１０に各電子部品が取り付けられ、その後基板１１２がネジ１２８によって伝熱板１１０に固定されるとともに、各電子部品が基板１１２に接続される。
インバータアセンブリ１００が組み立てられた後、これを電動コンプレッサ１０に組み込む。これは、カバー１５０、伝熱板１１０、および第１ハウジング２４を、ネジ１１８によって共締め固定することによって行われる。
なお、ここで、上述のようにインバータ収容室１０１内へのゲルの封入はなされないので、ネジ１１８を外すことによって伝熱板１１０は第１ハウジング２４から解放され、インバータアセンブリ１００を取り外すことができる。すなわち、一体型のインバータアセンブリ１００はカートリッジ式であり、電動コンプレッサ１０において脱着可能な構成となっている。
【００３０】
以上のように構成される電動コンプレッサ１０によれば、電動コンプレッサ１０の吸入圧領域すなわち低温側の冷媒が、モータ室２７から冷却孔１３０を通ってその上端１３０ａで伝熱板１１０に接触する。これによって、冷却孔１３０の周辺において伝熱板１１０が直接的に冷却される。ここで、冷却孔１３０はＩＧＢＴ１２５の直下に形成されているので、冷却孔１３０内の冷媒は伝熱板１１０を介してＩＧＢＴ１２５を効率的に冷却する。このように、電動コンプレッサ１０は、ＩＧＢＴ１２５およびこれを含むインバータアセンブリ１００の冷却性を向上することができる。
【００３１】
また、冷却効率が向上することにより、ＩＧＢＴ１２５をより低温に維持できるので、ＩＧＢＴ１２５に要求される耐熱温度をより低くすることができる。これによって、より小型またはより低コストのスイッチング素子を採用することができる。
さらに、耐熱温度の低いスイッチング素子を使用する場合でも温度保護が不要となるので、より広い運転領域、すなわちより多様な運転状態においてインバータアセンブリ１００を使用することができる。
また、冷媒は、第１ハウジング２４を介さず直接的に伝熱板１１０を冷却するので、第１ハウジング２４を介して間接的に冷却する構成と比較して、冷却効率を向上させることができる。
【００３２】
また、電動コンプレッサ１０では、インバータ収容室１０１内にゲルを封入せず、インバータアセンブリ１００を脱着可能とするので、従来のようにインバータアセンブリを取り外し不可能に固定する構成と比較して、メンテナンスが容易となる。このように、メンテナンスを容易にしつつ、上述のように冷却効率を向上させることができる。
【００３３】
従来の構成には、フィン等を形成してインバータの冷却を行うものがあるが、このような構成ではフィン等を形成するための鋳型の形状が複雑になり、鋳型のメンテナンスが困難である。本実施の形態に係る電動コンプレッサ１０では、第１ハウジング２４に貫通孔を形成することによって冷却孔１３０を形成することができるので、比較的単純な形状の鋳型を使用でき、メンテナンスがより容易となる。
【００３４】
上述の実施の形態１において、図２の例では、冷却孔１３０の位置はＩＧＢＴ１２５の直下であるが、これは直下でなくともよく、たとえばＩＧＢＴ１２５の下方または近傍であってもよい。さらに、ＩＧＢＴ１２５を冷却する効率が向上するような位置であれば、どこに設けられてもよい。
また、冷却孔１３０はＩＧＢＴ１２５を冷却しないものであってもよく、電子部品の少なくとも一つ、たとえばコンデンサ１１４またはコイル１１６を冷却するものであってもよい。この場合、冷却孔１３０は、コンデンサ１１４またはコイル１１６の直下、近傍、あるいはこれらを冷却する効率が向上する位置に設けられてもよい。このような構成においても、図２に示す構成と同様に、電子部品を含むインバータアセンブリ１００を効率的に冷却することができる。
【００３５】
また、図２の例では、冷却孔１３０はＩＧＢＴ１２５について一つだけ設けられるが、冷却孔１３０は複数の素子について設けられてもよい。たとえば、ＩＧＢＴ１２４および１２５について、それぞれ一つの冷却孔が設けられてもよく、その他の電子部品についてそれぞれ一つの冷却孔が設けられてもよい。
また、一つの電子部品について複数の冷却孔１３０が設けられてもよい。
【００３６】
電動コンプレッサ１０はスクロール式のものとして例示されているが、これは流体を圧縮する圧縮機構部を備えるものであれば他の形式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサの構成を示す図である。
【図２】図１の電動コンプレッサに含まれるインバータアセンブリおよびその周辺の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
２４  第１ハウジング（ハウジング）、２６  電動モータ、１００  インバータアセンブリ、１０１  インバータ収容室、１１０  伝熱板（ベース）、１１２  基板、１１４  コンデンサ（電子部品）、１１６  コイル（電子部品）、１２４および１２５  ＩＧＢＴ（電子部品、スイッチング素子）、１３０  冷却孔（貫通孔）、１３０ａ  上端開口（貫通孔の一端）、１３０ｃ  Ｏリング。
【図１】
2008184947.tif 000003
【図２】
2008184947.tif 000004