(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮室内に吸入された冷媒を圧縮し、高圧の冷媒として吐出する圧縮機であって、
機体と、前記機体の外側に配置されるとともに、該機体に内蔵された電装品の制御ユニットを収容するユニットハウジングとを備えており、前記圧縮室に吸入冷媒を導くための吸入冷媒通路が前記ユニットハウジングの前記機体の反対側面から前記機体側面に貫通し、かつ前記制御ユニットを収容する空間を貫通し、
前記機体と前記ユニットハウジングは、これらの間に断熱領域を有した状態で取り付けられ、かつ前記断熱領域が空気層によって形成されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮機であって、前記電装品が、圧縮室内に吸入された冷媒を圧縮し、高圧の冷媒として吐出するための駆動源としての電動モータであることを特徴とする電動式の圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の圧縮機であって、前記断熱領域が電動モータの配置位置に対応して設けられていることを特徴とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の圧縮機であって、前記ユニットハウジングは、断熱材によって形成されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮機であって、前記制御ユニット中の発熱部品が、前記吸入冷媒通路を構成する筒体の外周面に配置されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
請求項５に記載の圧縮機であって、前記筒体は、前記発熱部品の外面形状に対応する外面形状を有することを特徴とする圧縮機。
【請求項７】
請求項５に記載の圧縮機であって、前記筒体の外面形状が平坦面であることを特徴とする圧縮機。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の圧縮機であって、前記筒体の外周面には、周方向に複数の取付面が設定され、その各取付面に発熱部品が配置されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項９】
請求項５に記載の圧縮機であって、前記筒体と前記発熱部品との間に放熱板を介在したことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮機に係り、詳しくは圧縮機内に内蔵される電動モータ等の電装品を制御するインバータの如き制御ユニットを冷媒によって冷却する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような冷却技術は、例えば特開２０００−２５５２５２号公報に記載されている。上記公報に記載の圧縮機は、電動モータを駆動源とする電動圧縮機において、電動モータを制御するインバータを圧縮機の吸入冷媒を利用して冷却するように構成されている。
上記公報においては、電動モータ制御用のインバータを圧縮機に近接して配置し、そのインバータに設けた放熱部材に吸入冷媒を導く冷媒吸入管を接触するように配管することによってインバータを冷却する構成を採用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような冷却システムによれば、インバータを吸入冷媒によって効率良く冷却することが可能となる。しかしながら、インバータに放熱部を設定し、その放熱部に冷媒吸入管を接触させて冷却する方式のため、インバータに放熱部を設ける必要があり、部品点数が増加し、コストが高くつくという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧縮機の電装品を制御する制御ユニットを圧縮機に一体化し、これを冷媒によって冷却する場合において、部品点数を増加させることなく、制御ユニットを合理的に冷却することが可能な圧縮機及び圧縮機用制御ユニットの冷却方法を提供することにある。
【０００５】
上記課題を達成するため、本発明に係る圧縮機は、特許請求の範囲の各請求項に記載の通りの構成を備えた。請求項１に記載の発明によれば、圧縮機の運転時において、ユニットハウジング内に収容された制御ユニットを、該ユニットハウジング内を貫通、詳しくはユニットハウジングの機体の反対側面から機体側面に貫通し、かつ制御ユニットを収容する空間を貫通する吸入冷媒通路に導入される吸入冷媒によって冷却することができる。すなわち、吸入冷媒通路を冷却すべき制御ユニットが収容されたユニットハウジング内に貫通することで、直接的にハウジング内で熱交換させて冷却するので、放熱部材を省略することができる。しかも、吸入冷媒は吸入冷媒通路内を通ることによって制御ユニットに対する直接的な接触が回避されるので、吸入冷媒との接触に起因する制御ユニットの腐食等が防止される。
【０００６】
また請求項１に記載の発明においては、機体とユニットハウジングとの間には、断熱領域を設けている。従って、冷媒の圧縮作用による発熱あるいは電装品の駆動による発熱で圧縮機の機体が高温化しても、前記断熱領域による断熱作用によって機体側からユニットハウジング側への伝熱等を遮断することができる。この断熱領域による断熱作用は、吸入冷媒による冷却作用が停止される圧縮機の運転後も継続する。このため、機体側からの熱的影響が軽減され、結果として制御ユニットの冷却が促進されることになる。かくして、電装品用の制御ユニットの冷却作用が圧縮機の運転中はもとより停止後にも合理的に行われることになり、制御ユニットを高熱から保護し、耐久性を向上できる。また断熱領域は、空気層によって形成されている。これにより構造の簡易化が図られるとともに、コスト的に有利となる。
【０００７】
電動モータを駆動源とする電動式圧縮機の場合、冷媒を圧縮することによって発生する以上の高熱が電動モータの駆動によって発生する。このため、請求項２に記載したように、電動式の圧縮機において、ユニットハウジングが機体に対して断熱領域を有するときは、電動モータで発生した高熱の制御ユニットへの伝熱等を回避して制御ユニットの冷却効率を高めることができる。
この場合において、請求項３に記載したように、断熱領域は、電動モータの配置位置に対応して設けられていることが好ましい。このような構成によれば、電動モータの発熱に対して対処し易い。
【０００９】
また、請求項４に記載したように、ユニットハウジングは、断熱材によって構成することが好ましく、このときは、断熱領域による断熱作用と断熱材による断熱作用との相乗効果によって、制御ユニットの冷却効率をより向上できる。この場合において、断熱材として合成樹脂を採用すれば、ユニットハウジングの軽量化が可能となる。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明においては、制御ユニット中の発熱部品を、吸入冷媒通路を構成する筒体の外周面に配置したものである。従って、請求項５に記載の発明によれば、制御ユニット中の比較的発熱度の高い発熱部品を集中的かつ独立的に冷却することが可能となり、効率的な冷却が可能となる。この場合において、発熱部品は筒体に対して接触状態で取り付けたとき、すなわち張り付け状態としたとき、最も冷却効率を高めることが可能となるものであるが、筒体による冷却効果が得られる限りにおいては、例え僅かな隙間が存在していてもよい。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明によれば、筒体は、発熱部品の外面形状に対応する外面形状を有する構成とすることによって、筒体に対する発熱部品の取り付け状態において相互の接触面積を広く取ることが可能となり、両者間の伝熱効果を高めることができる。この場合において、請求項７に記載したように、筒体の外面形状は平坦面であることが好ましい。このような構成を採用すれば、一般に発熱部品の外面形状が平坦面を有している場合が多いことから、発熱部品を配置する際の対応性が高いものとなる。
【００１２】
また、請求項８に記載したように、筒体の外周面には、周方向に複数の取付面を設け、その各取付面に発熱部品を配置することが好ましい。このような構成を採用したときは、限られた狭いスペースを有効に利用した合理的配置が可能となる。
また、請求項９に記載したように、筒体と発熱部品との間に放熱板を介在することが好ましい。このような構成を採用すると、例えば発熱部品を筒体に取り付ける場合において、発熱部品側の面積が大きい場合であっても熱伝導率の高い放熱板を介することで、発熱部品の放熱を促進できるとともに、発熱部品側と筒体側との間での伝熱が効率よく行われ、発熱部品の全体を効果的に冷却できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るスクロール型電動圧縮機及び圧縮機用制御ユニットの冷却方法を図１〜図３に基づいて説明する。図１はスクロール型圧縮機の全体を示す縦断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３はスイッチング素子の配置を示す図面である。
図示のように、固定スクロール２の一端面にはセンターハウジング４の一端面が接合されており、そのセンターハウジング４の他端面にはモータハウジング６が接合されている。上記の固定スクロール２及び２つのハウジング４，６によって圧縮機の機体７が構成されている。センターハウジング４とモータハウジング６とには、駆動軸８がラジアルベアリング１０，１２を介して回転可能に支持されており、その駆動軸８のセンターハウジング４側には、該駆動軸８に対して偏心した位置に偏心軸１４が一体に形成されている。
【００１５】
偏心軸１４にはブッシュ１６が一体回転するように嵌合されている。ブッシュ１６の一端部にはバランスウエイト１８が一体回転するように設けられ、また、ブッシュ１６の他端部側には可動スクロール２０が固定スクロール２と対向するようにニードルベアリング２２を介して相対回転可能に嵌合されている。なお、ニードルベアリング２２は、可動スクロール２０における可動スクロール基板２４の背面に突設された円筒状のボス部２４ａ内に収容されている。
【００１６】
固定スクロール２の固定スクロール基板２６及び固定渦巻壁２８、可動スクロール２０の可動スクロール基板２４及び可動渦巻壁３０は、固定渦巻壁２８と可動渦巻壁３０が複数の点で接触することで三日月状の圧縮室（密閉空間）３２を形成する。可動スクロール２０は偏心軸１４の回転（旋回運動）に伴って公転（旋回運動）し、そのとき、バランスウエイト１８は可動スクロール２０の公転に伴う遠心力を相殺する。駆動軸８と一体に回転する偏心軸１４、ブッシュ１６、及び偏心軸１４と可動スクロール２０のボス部２４ａとの間に介在されたニードルベアリング２２によって、駆動軸８の回転力を可動スクロール２０に公転運動として伝える公転機構が構成されている。
【００１７】
センターハウジング４の端面には、同一円周線上に複数（例えば４個）の自転阻止用の凹部３４が等間隔角度位置に形成されている。センターハウジング４に固定された固定ピン３６と、可動スクロール基板２４に固定された可動ピン３８とは、凹部３４に挿入された状態で止着されている。可動スクロール２０は偏心軸１４の回転に伴って凹部３４及び固定ピン３６、可動ピン３８によって自転が阻止される。すなわち、凹部３４及び固定ピン３６、可動ピン３８によって可動スクロール２０の自転防止機構が構成されており、偏心軸１４の回転時に可動スクロール２０は公転される。
モータハウジング６の内周面にはステータ４６が固着されており、駆動軸８にはロータ４８が固着されている。ステータ４６及びロータ４８によって電動モータを構成し、ステータ４６への通電によりロータ４８及び駆動軸８が一体となって回転する。
【００１８】
駆動軸８の偏心軸１４が回転することに伴い、可動スクロール２０が公転し、入口４４から導入された吸入冷媒が両スクロール２，２０の周縁側から固定スクロール基板２６と可動スクロール基板２４との間へ流入する。このとき、偏心軸１４の回転に伴い、可動スクロール２０はブッシュ１６の中心軸線回りに自転しようとするが、前述した自転防止機構によって自転を阻止される。
すなわち、偏心軸１４が回転するとき、該偏心軸１４にニードルベアリング２２を介して相対回転可能に取り付けられた可動スクロール２０は、自転することなく駆動軸８の中心軸線回りに公転する。
可動スクロール２０が公転することに伴い、入口４４から導入された吸入冷媒が圧縮室３２へ流入され、圧縮室３２は外周側から容積を減少しつつ内周側へ移動し、両スクロール２，２０の渦巻壁２８，３０の内周端部間に向かって収束していく。
【００１９】
固定スクロール基板２６の中心部には、吐出ポート５０が形成され、該吐出ポート５０は最終の圧縮室３２と連通されている。固定スクロール基板２６の背面側には、吐出チャンバ５２が形成されており、その吐出チャンバ５２内に吐出ポート５０を開閉する吐出弁５４が設けられている。吐出弁５４は、リード弁５６とリテーナ５８とから構成されている。
【００２０】
上記のように構成されるスクロール型電動圧縮機において、機体７の径方向の外側上面には、平坦な取付面７ａが形成され、その取付面７ａに前記電動モータを制御するインバータ６０が取り付けられている。このインバータ６０が本発明でいう制御ユニットに対応する。インバータ６０を構成する部品は、発熱度の高い複数のスイッチング素子６２等の高発熱部品と、比較的発熱度の低い複数のコンデンサ６４等の低発熱部品とに区分した状態でユニットハウジング７０内に収容されている。
【００２１】
スイッチング素子６２は、ユニットハウジング７０における筒部７０ａ内に配置されるとともに、その筒部７０ａ内に配置された筒体６３の外周面に貼り付くようにして支持されている。すなわち、筒体６３の外周面には、図３に示すように、スイッチング素子６２を取り付けるための平坦面状の複数の取付面６３ａが形成されている。本実施の形態では、３個の取付面６３ａを有する略三角形に形成されており、各取付面６３ａに３ブロックに分割されたスイッチング素子６２がそれぞれ直に接触状態（貼り付き状態）で支持される。一方、コンデンサ６４等は取付板６５によって支持されている。
【００２２】
ユニットハウジング７０内を貫通する筒体６３は、その一端が圧縮室３２の入口４４に接続され、他端が外部回路の冷媒帰還管路（図示省略）と接続される。すなわち、筒体６３の筒孔６３ｂが本発明でいう吸入冷媒通路に対応するものであり、この吸入冷媒通路は、外部回路から帰還する吸入冷媒を直に圧縮室３２を導入する。
一方、インバータ６０を収容するユニットハウジング７０は、断熱材料、好ましくは合成樹脂によって形成されており、その底板７０ｂが脚部７０ｃを介して機体７の取付面７ａに対して所定の隙間Ｃを隔てた状態で取り付けられる。この隙間Ｃが本発明でいう断熱領域に対応する。ユニットハウジング７０を合成樹脂製としたときは、ユニットハウジング７０の軽量化が可能になる。
【００２３】
また、ユニットハウジング７０内のスイッチング素子６２と、モータハウジング６内の電動モータ（のステータ４６）とは、モータハウジング６内とユニットハウジング７０内に貫通する３本の導通ピン６６及び導線６７，６８によって接続されており、電動モータの駆動に必要な電力は、これらの導通ピン６６及び導線６７，６８を介して供給される。
【００２４】
上記のように構成された本実施の形態に係るスクロール型電動圧縮機では、電動モータが駆動されると、可動スクロール２０の公転に伴って冷媒は、圧縮室３２で圧縮されたのち、図１に矢印で示すように、吐出ポート５０から高圧の冷媒として吐出され、外部回路のコンデンサ（図示省略）へ送られる。一方、外部回路のエバポレータ（図示省略）から帰還する吸入冷媒は、図１に矢印で示すように、ユニットハウジング７０を貫通する筒体６３の筒孔６３ｂを通って圧縮機内に戻る際に、ユニットハウジング７０内のインバータ６０、とりわけ、筒体６３に支持されている高発熱部品であるスイッチング素子６２から熱を奪いこれを冷却することができる。
すなわち、吸入冷媒が流通する筒体６３を冷却すべきインバータ６０が収容されたユニットハウジング７０内に貫通することで、直接的にユニットハウジング７０内で熱交換させて冷却するので、従来の如き放熱部材が不要となる。
【００２５】
この場合において、本実施の形態では、インバータ６０の構成部品中、比較的発熱度の高いスイッチング素子６２を発熱度の低いコンデンサ６４と区分した上で、吸入冷媒通路の外面、すなわち、筒体６３の外周面に配置したことによって、高発熱部品を集中かつ効率的に冷却することができる。しかも、スイッチング素子６２を筒体６３の外周面に形成した平坦な取付面６３ａに対して接触状態で貼り付くように取り付ける構成としたことによって、伝熱面積を増大できるため、スイッチング素子６２の冷却効果がより向上する。
【００２６】
また、圧縮機の運転中は、冷媒の圧縮による発熱あるいは電動モータの駆動による発熱によって機体７が高温化する。しかるに、本実施の形態では、インバータ６０が収容されたユニットハウジング７０を、発熱部品としての機体７に対して所定の隙間Ｃを隔てて配置することによって、空気層からなる断熱領域を設定してあるため、この断熱領域によって熱的に絶縁され、機体７側からユニットハウジング７０への伝熱が阻止される。また、ユニットハウジング７０自体が断熱材料としての合成樹脂によって形成されているため、機体７側からの輻射熱に対して効果的に対応することができることになり、上記の伝熱阻止効果と相俟って、冷媒による冷却効率がより向上される。
【００２７】
一方、圧縮機の運転が停止された場合、同時に冷媒によるインバータ６０の冷却作用も停止される。停止直後の機体７には相当量の熱が蓄熱されることになり、従って、その熱がユニットハウジング７０に伝熱されたときは、インバータ６０が急激に高温化する可能性があるが、本実施の形態によれば、上記のような機体７側からの伝熱及び輻射熱に対する断熱効果が継続されることによって、結果としてインバータ６０の冷却効果を促進できる。かくして、本実施の形態によれば、圧縮機の運転中のみならず運転後の冷却を合理的に行うことが可能な圧縮機及び圧縮機用制御ユニットの冷却方法が提供される。
【００２８】
なお、機体７の高温化は、特に、高熱を発生する電動モータのモータハウジング６で顕著となる。このため、ユニットハウジング７０と機体７との間に形成する隙間Ｃは、モータハウジング６との間に設定することがより効果的である。また、断熱領域は、隙間Ｃの設定による空気層によって形成されているため、構造の簡単であり、コスト的にも有利となる。
また、本実施の形態においては、インバータ６０を収容したユニットハウジング７０を圧縮機と一体化し、吸入冷媒によってインバータ６０を冷却する構成のため、インバータを別置きとした場合に比べて、吸入冷媒の配管長さを短縮して吸入冷媒の流れの抵抗を減少できるとともに、インバータ６０と電動モータ間の電気的配線を短縮化することが可能となり、更には、車両側にインバータの冷却装置を備える必要が無くなる。
【００２９】
次に、本発明の他の実施の形態を図４に基づいて説明する。この実施の形態においては、吸入冷媒通路を構成する筒体としての吸入配管８１がインバータ６０を収容するユニットハウジング７０内を横方向（水平方向）に延在して配置され、その先端が入口４４に連通されている。ユニットハウジング７０は、その底板７０ｂが脚部７０ｃを介して圧縮機の機体７に所定の隙間Ｃを隔てて配置されている。ユニットハウジング７０内において、吸入配管８１の外面上部側には、スイッチング素子やコンデンサ等からなるインバータ６０が配置され、吸入配管８１の外面上部側（機体７側）には、蓄冷材８２が配置されている。
すなわち、この他の実施の形態においては、ユニットハウジング７０と機体７との間に設けた隙間Ｃ及び蓄冷材８２によって断熱領域を構成したものであり、その他の構成については、前述した実施の形態と同様である。
【００３０】
従って、圧縮機の運転時には、外部回路から帰還する冷媒が吸入配管８１を通って入口４４に流入する過程でユニットハウジング７０内のインバータ６０を冷却すると共に吸入配管８１に取り付けられた蓄冷材８２を冷却する。一方、圧縮機の運転停止時においては、運転中に吸入冷媒によって冷却された蓄冷材８２は、機体７側から放熱される熱を吸熱し、機体７側の熱がユニットハウジング７０（インバータ６０）へ伝わることを抑制する。
すなわち、他の実施の形態においては、ユニットハウジング７０と機体７との間に設定される断熱領域の１つの形態として、蓄冷材８２を設けたものであって、この蓄冷材８２によって、圧縮機の運転停止後における機体７側からの伝熱を遅らせ、インバータ６０が加熱する前に圧縮機全体の放熱を終了させることが可能になる。
【００３１】
次に、本発明の更に他の実施の形態を説明する。図５〜図７に示す実施の形態は、それぞれスイッチング素子６２の配置に関する変更例である。図５に示す変更例は、筒体６３を四角筒とし、外周面に形成される取付面６３ａを４箇所としたものである。また、図６に示す変更例は、筒体６３を六角筒とし、外周面に形成される取付面６３ａを６箇所としたものである。従って、スイッチング素子６２は、取付面６３ａの数に対応してそれぞれ４ブロック、６ブロックに分割して配置することができる。
また、図７に示す変更例は、筒体６３とスイッチング素子６２との間に熱伝導率の高い放熱板８４を介在している。このような構成としたときは、スイッチング素子６２を筒体６３の取付面６３ａに取り付ける際に、スイッチング素子６２が筒体６３に比べて大きいような場合であっても、放熱板８４を介することで、スイッチング素子６２と筒体６３との間での伝熱が効率よく行われ、スイッチング素子６２の全体を効果的に冷却することが可能となる。
【００３２】
なお、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更することが可能である。
例えば、ユニットハウジング７０は、その全体が機体７に対して隙間を保有するように設定してもよい。ユニットハウジング７０と機体７との間に設けられる断熱領域としては、隙間Ｃに変えて断熱材を用いてもよい。
また、他の実施の形態では、隙間Ｃと蓄冷材８２を併用して断熱領域を構成しているが、隙間Ｃを省略し、蓄冷材８２を単独であるいは断熱材との組み合わせて断熱領域を構成してもよい。
また、実施の形態では、ユニットハウジング７０内に収容されるインバータ６０を高発熱部品であるスイッチング素子６２と低発熱部品であるコンデンサ６４とに区分して配置する構成としたが、このことに限定されるものではない。要するに、吸入冷媒通路がユニットハウジング７０内に収容された制御ユニットの発熱部品の近傍を通って貫通する構成であればよく、発熱部品が吸入冷媒通路の外壁面から離れて配置されていてもよい。
【００３３】
また、前述した実施の形態では、冷却対象である制御ユニットが電動モータを制御するインバータ６０の場合で説明しているが、冷却対象は必ずしもこれに限定されるものではなく、圧縮機の機体７内に内蔵される電装品（例えば、電磁弁）を制御する制御ユニットであればよい。
また、スイッチング素子６２を取り付けるための取付面６３ａは、必ずしも平坦面に限定されるものではなく、例えば筒体６３が円筒形であってもスイッチング素子６２の取付面を円弧面に形成すればよい。要するに、取付面に関して筒体６３の外面形状とスイッチング素子６２の外面形状とが相互に対応した形状であればよく、そのときは相互の接触面積を広く取ることが可能となり、両者間の伝熱効果を高めることができる。
また、圧縮機の形式についてもスクロール型である必要はなく、他形式の圧縮機に適用できることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、圧縮機に内蔵される電装品の制御ユニットを圧縮機に一体化し、これを冷媒によって冷却する場合において、部品点数を増加させることなく、制御ユニットを合理的に冷却することが可能な圧縮機及び圧縮機用制御ユニットの冷却方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スクロール型圧縮機の全体を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】スイッチング素子の配置を示す図面である。
【図４】他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】スイッチング素子の配置に関する変更例を示す図面である。
【図６】スイッチング素子の配置に関する他の変更例を示す図面である。
【図７】スイッチング素子の配置に関する更に他の変更例を示す図面である。
【符号の説明】
２     固定スクロール
６     モータハウジング
７     機体
２０   可動スクロール
３２   圧縮室
４６   ステータ
４８   ロータ
６０   インバータ
６２   スイッチング素子
６３   筒体
６３ａ 取付面
６３ｂ 筒孔
６４   コンデンサ
７０   ユニットハウジング
７０ａ 筒部
Ｃ     隙間
【図１】
0004062873.tif 000002
【図２】
0004062873.tif 000003
【図３】
0004062873.tif 000004
【図４】
0004062873.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004062873.tif 000008