(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ部とロータ部とを有する電動機部と、該電動機部を作動させるためのインバータを含む駆動回路部と、前記電動機部によって回転駆動されて流体を圧縮する圧縮部とがハウジングに一体化された電動圧縮機であって、前記圧縮部へ吸入されて圧縮される前の流体を冷却用の媒体として前記電動機部の内部を前記電動機部の回転軸と平行に通過して流すために、前記駆動回路部の近傍に対応して前記ハウジングと前記ステータ部の円柱形の外周面の溝から形成された第１の冷媒通路と、前記駆動回路部が取り付けられた部分から遠い部分に対応して形成された第２の冷媒通路とが設けられていると共に、前記ハウジングの円筒形の内壁面のうち、前記第１の冷媒通路に対応している部分であって、前記駆動回路部の中央直下に凹凸面を形成し、前記駆動回路部が取り付けられた部分に設けられる通路の断面積を、それ以外の部分に設けられる通路の断面積よりも大きくしたことを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、前記駆動回路部が取り付けられた部分に設けられる前記冷却媒体通路に加えて、他の発熱体に近接した部分に設けられる前記冷却媒体通路の断面積を、それら以外の部分に設けられる通路の断面積よりも大きくしたことを特徴とする電動圧縮機。
【請求項３】
請求項１において、前記電動圧縮機が車両用空調装置の冷媒圧縮機として使用されていると共に、前記冷却媒体通路を流れる冷却媒体として、前記冷媒圧縮機へ吸入されるエバポレータからの戻り冷媒が利用されていることを特徴とする電動圧縮機。
【請求項４】
請求項２において、他の発熱体が車載の内燃機関であることを特徴とする電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機部と圧縮機部が一体化された電動圧縮機に係り、特に、電動機部へ電力を供給するための駆動回路部が圧縮機部と一体化された電動圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のような車両に搭載される空調装置用の冷媒圧縮機と、それを回転駆動する電動機とを共通の軸上で一体化し、更に、電動機へ電力を供給するインバータのような駆動回路部をも電動機と一体化して、相互間の無駄な隙間をなくすと共に、可及的に多くの部品等を共同で利用させることにより全体を小型軽量化して、スペースに余裕がない車両への搭載を容易にするとか、相互間を連結する伝動軸や配線、配管等の取り回しを簡素化して低コスト化する試みがなされている。
【０００３】
このように冷媒圧縮機と電動機を一体化する場合には、高密度に配置されるために放熱が困難になる電動機を冷却する手段として、冷凍サイクルのエバポレータから冷媒圧縮機へ戻る途中の概ね気体からなる低温の吸入冷媒を電動機の内部へ導いて、それを通過させることによって電動機を内部から冷却するという方法をとることができる。この目的において、従来から電動機のステータと、それを取り囲むハウジングとの間に形成される吸入冷媒のための通路は、電動機の回転軸を中心としてその周囲に均等に設けられるのが常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、電動機のハウジングの外周の一部にインバータを含む駆動回路部のような発熱体が一体化されているとか、その他の発熱体が近接して配置されている場合には、駆動回路部等の発熱体の発熱によって、それが取り付けられているとか、それに近接している電動機の一部が十分に冷却されなくなるために局部的に高温となり、電動機の回転軸の周りの冷却状態がアンバランスになって、部分的な熱膨張の差から、ステータとアーマチュアの間の微小な隙間が不揃いになることによって振動等の問題を起こしたり、ステータによって発生する磁界がアンバランスになって回転アンバランスが生じたり、効率が低下するという懸念が生じる。また、圧縮機へ戻る吸入冷媒による電動機の内部からの間接的な冷却だけではインバータ等の駆動回路部が十分に冷却されないために、駆動回路部自体の耐久性が低下することも懸念される。
【０００５】
本発明は、従来技術における前述のような問題に鑑み、電動機と、それによって回転駆動される圧縮機と、電動機へ電力を供給する駆動回路部とを一体化した場合に、圧縮機へ吸入される流体を電動機の内部へ導いて、それを通過させることによって電動機を均等に冷却すると共に、電動機のハウジングの一部に一体的に取り付けられた電動機用の駆動回路部をも十分に冷却して、不均一且つ不十分な冷却によって発生する諸問題を同時に解消することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載された電動圧縮機を提供する。
【０００７】
請求項１に記載された電動圧縮機は、ステータ部とロータ部とを有する電動機部と、電動機部を作動させるためのインバータを含む駆動回路部と、電動機部によって回転駆動されて流体を圧縮する圧縮部とがハウジングに一体化された電動圧縮機において、圧縮部へ吸入されて圧縮される前の流体を冷却用の媒体として電動機部の内部を前記電動機部の回転軸と平行に通過して流すために、駆動回路部の近傍に対応してハウジングとステータ部の円柱形の外周面の溝から形成された第１の冷媒通路と、駆動回路部が取り付けられた部分から遠い部分に対応して形成された第２の冷媒通路とが設けられていると共に、ハウジングの円筒形の内壁面のうち、第１の冷媒通路に対応している部分であって、駆動回路部の中央直下に凹凸面を形成し、駆動回路部が取り付けられた部分に設けられる冷却媒体通路の断面積を、それ以外の部分に設けられる冷却媒体通路の断面積よりも大きくしたことに特徴がある。なお、ここに言う駆動回路部は、それが電動機ハウジングに直接に設置されたもの、即ち、駆動回路部のケーシングの少なくとも電動機ハウジング側の部分が電動機ハウジングと一体であるものを含む。
【０００８】
吸熱能力を大きくするためには、請求項１の電動圧縮機のように、冷却媒体通路の断面積を大きくするとか、冷却媒体通路の表面積を大きくするというような方法をとることができる。それ以外の方法によって冷却媒体通路の吸熱能力を高める方法としては、複数本の冷却媒体通路の間で流速に差を与えたり、流れる冷却媒体の温度に差を付けるというような方法もあり、温度に差を付ける場合には、例えば、吸熱能力を高めるべき部分の冷却媒体通路を流れることによって温度が上昇した冷却媒体を、吸熱能力を高める必要がない部分の冷却媒体通路へ流すというような方法をとることもできる。
【０００９】
いずれの場合も、冷却媒体通路の吸熱能力を高めたり、その断面積や表面積を増大させるべき部分に対応する発熱体としては、駆動回路部だけでなく、例えば、車両に搭載された内燃機関のような発熱体であってもよい。
【００１０】
このようにして、電動機部のための駆動回路部や、近接して配置された内燃機関のような発熱体に対応する部分の冷却媒体通路の吸熱能力を高めるので、電動機部の一部が局部的に高温となったり、電動機部の回転軸の周りの冷却状態がアンバランスになって、部分的な熱膨張の差から、ステータとアーマチュアの間の微小な隙間が不揃いになることによって振動等の問題を起こすという問題や、ステータによって発生する磁界がアンバランスになって回転アンバランスが生じたり、効率が低下するという問題を回避することができる。また、駆動回路部自体の冷却が十分になされないことによる駆動回路部の耐久性の低下を防ぐことができる。
【００１１】
冷却媒体通路の表面積を大きくするための１つの具体的な方法として、冷却媒体通路の表面を凹凸面にすることができる。この凹凸面は、冷却媒体通路の一方の表面にのみ形成してもよい。冷却媒体通路は、電動機部の回転軸と平行に複数本設けるとか、吸熱能力に差を与えるために、複数本の冷却媒体通路の一部を蛇行させて設けることもできる。
【００１２】
好ましい実施形態として、本発明の電動圧縮機が車両用空調装置の冷媒圧縮機として使用されている場合に、冷却媒体通路へ流すべき冷却媒体として、冷凍サイクルにおける冷媒圧縮機へ吸入されるエバポレータからの戻り冷媒を利用することができる。それによって、本発明の効果が最大限に発揮される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を使用して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。図１は、図３以下図１０までに示した本発明の電動圧縮機の要部に関する８種類の具体的な実施例に共通している電動圧縮機の全体構成を例示したもので、図２は本発明の各実施例の電動圧縮機を、自動車のような車両に搭載される空調装置の冷凍サイクルにおける冷媒圧縮機として使用した場合の、各実施例に共通の冷凍サイクルの構成を略示したものである。
【００１４】
図１において、実施例の電動圧縮機１は、例えば、車両に搭載される空調装置において、冷媒圧縮機として使用されるスクロール型圧縮機や斜板型圧縮機のような圧縮機からなる圧縮部２と、圧縮部２と共通の図示しない回転軸の軸線上において一体化されて、圧縮部２を回転駆動する電動機部３と、電動機部３のハウジング４の外周面の一部に一体的に取り付けられて、電動機部３へ電力を供給するインバータ等を収容している駆動回路部５とからなっている。しかしながら、本発明は圧縮部２及び駆動回路部５の具体的な構造や、電動機部３そのものの形式や構造等に特徴を有するものではないので、添付図面においては、それらの内部構造を大幅に省略して示している。
【００１５】
電動機部３を内部から冷却するために、電動機部３の圧縮部２とは反対側の端部に、圧縮部２において圧縮すべき流体（この場合は気化した冷媒）を受け入れるための吸入ポート６が設けられている。これに対して、圧縮部２において圧縮された流体を吐出するための吐出ポート７は圧縮部２自体の一部に設けられている。従って、圧縮部２において圧縮すべき冷媒（吸入冷媒）は矢印のように吸入ポート６から吸入されて電動機部３のハウジング４内へ流入し、電動機部３の内部を冷却した後に圧縮部２内で圧縮され、圧力を帯びた冷媒（吐出冷媒）となって吐出ポート７から電動圧縮機１外へ排出される。なお、電動機部３のハウジング４と、防水性を保持するために駆動回路部５を密封しているケーシング８等はいずれも熱伝導性の良いアルミニューム合金製である。
【００１６】
空調装置の冷凍サイクルを示す図２の場合は、電動圧縮機１が車両の走行用エンジン９（内燃機関）の近傍に配置されているが、エンジン９のクランク軸によって直接に回転駆動されることはなく、エンジン９に付属する図示しない発電機によって充電されるバッテリーから電力を駆動回路部５へ供給することによって駆動される。電動圧縮機１の圧縮部２において圧縮された冷媒は、吐出ポート７から排出されてコンデンサ１０へ流入し、圧縮された時の熱を第１の熱交換器であるコンデンサ１０内において大気中へ放熱して液化する。液状の冷媒は膨張弁のような絞り１１を通過する際に減圧され、気液混合の状態で第２の熱交換器であるエバポレータ１２へ流入して気化する際に車室内の空気を冷却する。
【００１７】
端的に言って、本発明の電動圧縮機における構成上の特徴は、図１においてＡ−Ａ線によって示した電動機部３の１つの断面における形状或いは構造にあると言うことができる。つまり、Ａ−Ａ断面が本発明の「要部」であって、その形状或いは構造が後述のように相違していることによって、図３から図１０に示したような８つの実施例が相互に区別される。従って、この点の相違を除くと、各実施例の構成は全て同じである。
【００１８】
図３に本発明の電動圧縮機の要部（Ａ−Ａ断面）に関する第１実施例を示す。各実施例に共通の構造であるが、電動機部３は、そのハウジング４の内部に形成された円筒形の面によって固定的に支持している概ね環状のステータ部１３と、櫛のような形状を有するステータ部１３の内周面との間に僅かな間隙が生じるように、中心の回転軸１４によって回転可能に支持されている概ね円柱形のロータ部（電機子部）１５とを有する。回転軸１４は同一の軸線上において圧縮部２の図示しない駆動軸と連結されている。ステータ部１３の内周のスロット（溝）には巻線１６が施されていて、巻線１６の各部分に対して駆動回路部５に収容されたインバータから例えば三相交流の電力が供給されることによって、固定のステータ部１３上において所定の方向に移動、回転する回転磁界が形成され、それに伴ってロータ１５が回転することになる。回転磁界の回転速度は、インバータから巻線１６に加えられる三相交流電力の周波数を変化させることによって自由に制御することができる。
【００１９】
電動機部３は巻線１６やステータ部１３及びロータ部１５のコア（鉄心）から発熱するので、その熱を除去するために冷却を行なう必要がある。そのために、ステータ部１３の外周面には回転軸１４の軸線方向に複数の冷媒通路が溝の形で形成されて、冷媒通路の一端側が前述の吸入ポート６に連通すると共に、他端側が圧縮部２の図示しない吸入口に連通している。
【００２０】
しかしながら、図示実施例の電動圧縮機１においては、電動機部３のハウジング４の一部４ａに、インバータを含む駆動回路部５が取り付けられており、インバータ等もまたかなりの発熱をするから、電動機ハウジング４の中でも駆動回路部５が取り付けられている部分４ａの近傍では、駆動回路部５が取り付けられた部分４ａから遠い部分４ｂに比べて電動機ハウジング４の温度が高くなる。従って、遠い部分４ｂよりも駆動回路部５が取り付けられている部分４ａをより強く冷却しない限り、電動機ハウジング４全体の温度を均一にすることはできない。
【００２１】
そこで、図３に示す本発明の第１実施例においては、駆動回路部５が取り付けられた部分４ａの近傍に対応して、ステータ部１３に形成される複数本の第１の冷媒通路１７の断面積を増大させて伝熱面積を拡大し、その部分を流れる冷媒の流量と吸熱能力を大きくすると共に、部分４ａから遠い部分４ｂに対応してステータ部１３に形成される複数本の第２の冷媒通路１８の断面積と伝熱面積、従って吸熱能力を比較的に小さく設定している。それによって、エバポレータ１２から電動圧縮機１の圧縮部２へ戻ってくる低温の冷媒（大部分が気体）のうちで、第１の冷媒通路１７を流れる量が、第２の冷媒通路１８を流れる量よりも多くなるから、第１の冷媒通路１７を流れる冷媒の吸収する熱量が、第２の冷媒通路１８を流れる冷媒の吸収する熱量よりも大きくなる結果、ステータ部１３の温度が全周にわたって概ね均一になり、バランスのとれた状態で冷却される。それによって、アンバランスな冷却によって生じる前述のような問題を避けることができるだけでなく、駆動回路部５のインバータを十分に冷却して、劣化の恐れなしに作動させることができる。
【００２２】
図４に本発明の第２実施例を示す。第２実施例は第１実施例を更に発展させたもので、発熱する駆動回路部５が取り付けられている部分４ａの近傍に対応して形成された第１の冷媒通路１７が電動機ハウジング４の円筒形の内壁面と、ステータ部１３の円柱形の外周面の溝から形成されていることから、それらの両面に回転軸１４の軸線方向に形成された複数本の突条（襞）か、或いは、それらの両面に形成された多数の突起等からなる凹凸面１９を形成することにより、駆動回路部５に近い電動機ハウジング４の一部４ａ及びステータ部１３が冷媒と接触する部分の表面積、即ち伝熱面積を大きくして、第１の冷媒通路１７の吸熱能力を、第２の冷媒通路１８のそれよりも高めた点に特徴がある。それによって、第１実施例の効果を一層高めることが可能になる。
【００２３】
第１の冷媒通路１７の吸熱能力を第２実施例ほど高める必要がない場合は、図５に示す第３実施例のように、電動機ハウジング４の内壁面のうちで第１の冷媒通路１７に対応している部分に突条や突起からなる凹凸面１９を形成するか、又は、図６に示す第４実施例のように、ステータ部１３の側に第１の冷媒通路１７を構成するために設けられている溝の底面に凹凸面１９を形成すればよい。
【００２４】
また、インバータを含む駆動回路部５の発熱だけでなく、図２に示す冷凍サイクルの例のように、エンジン９のような外形及び熱容量が大きい発熱体に電動圧縮機１が直接に取り付けられている場合には、電動圧縮機１がエンジン９から直接に熱伝導を受けるし、電動圧縮機１がエンジン９に直接に取り付けられていなくても、エンジン９の近傍に配置されている場合には、エンジン９から放散される輻射熱を吸収するので、電動圧縮機１においては部分的に温度が上昇することによって温度の分布が不均一になり、前述の場合と同様な問題が生じるだけでなく、電動圧縮機１全体が温度上昇することによって、高温による障害を発生する恐れがある。
【００２５】
このような懸念がある場合には、図７に示す第５実施例のように、駆動回路部５からの熱を受ける第１の冷媒通路１７だけでなく、エンジン９からの輻射熱、或いは伝導熱を受ける部分４ｃに形成された第３の冷媒通路２０の断面積及び伝熱面積、従って、それらの部分における冷媒の流量と、それらの量の大きさに応じて得られる吸熱能力を、第２の冷媒通路１８におけるそれらの量よりも大きくすることによって、それらの部分の吸熱能力を高める。具体的に説明すると、２１は、電動圧縮機１をエンジン９（図７には図示していない下方の部分）に取り付けて支持するためのブラケットであって、電動圧縮機１と予め一体化されていると共に、エンジン９に螺着するボルトを挿入するための貫通穴２２を備えている。ブラケット２１の下面はエンジン９との接触面２１ａ（取り付け面）となっている。なお、この場合の４ｂは、電動機ハウジング４のなかでも、前述の部分４ａ及び４ｃのいずれからも遠い部分を示している。
【００２６】
図８に本発明の第６実施例を示す。第６実施例は第５実施例を更に発展させたもので、発熱する駆動回路部５のケーシング８が取り付けられている部分４ａの近傍に対応して形成された第１の冷媒通路１７と、エンジン９からの熱を受ける部分４ｃに対応して形成された第３の冷媒通路２０とを構成している電動機ハウジング４の円筒形の内壁面と、ステータ部１３の円柱形の外周面の溝の内面に、それぞれ凹凸面１９を設けることにより、駆動回路部５及びエンジン９にそれぞれ近い電動機ハウジング４の一部４ａ及び４ｃと、ステータ部１３が冷媒と接触する面積、即ち伝熱面積を大きくして、第１の冷媒通路１７及び第３の冷媒通路２０の吸熱能力を、第２の冷媒通路１８のそれよりも高めた点に特徴がある。それによって、第５実施例の効果を一層高めることが可能になる。
【００２７】
第１の冷媒通路１７及び第３の冷媒通路２０の吸熱能力を第６実施例ほど高める必要がない場合は、図９に示す第７実施例のように、ステータ部１３の側に第１の冷媒通路１７及び第３の冷媒通路２０を構成するために設けられている溝の底面に凹凸面１９を形成するか、又は図１０に示す第８実施例のように、電動機ハウジング４の内壁面のうちで第１の冷媒通路１７及び第３の冷媒通路２０に対応している部分に凹凸面１９を形成すればよい。
【００２８】
なお、図示実施例においては、冷媒通路１７，１８，２０をいずれもステータ部１３の円柱形状の外表面に軸線方向の溝として形成しているが、これは単なる例示に過ぎず、場合によっては、モータハウジング４の円筒形状の内表面に、例えば軸線方向の溝として形成するとか、直線状以外の、例えば蛇行する溝として形成してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】各実施例に共通する電動圧縮機の全体構成を概念的に示す正面図である。
【図２】本発明の電動圧縮機を冷凍サイクルに使用した場合を例示する配置図である。
【図３】電動圧縮機の要部の第１実施例を示す横断側面図である。
【図４】同じく、第２実施例を示す横断側面図である。
【図５】同じく、第３実施例を示す横断側面図である。
【図６】同じく、第４実施例を示す横断側面図である。
【図７】同じく、第５実施例を示す横断側面図である。
【図８】同じく、第６実施例を示す横断側面図である。
【図９】同じく、第７実施例を示す横断側面図である。
【図１０】同じく、第８実施例を示す横断側面図である。
【符号の説明】
１…電動圧縮機
２…圧縮部
３…電動機部
４…電動機ハウジング
４ａ…駆動回路部が取り付けられているハウジングの部分
４ｂ…部分４ａ及び４ｃから遠い部分
４ｃ…エンジンからの熱を受ける部分
５…駆動回路部
９…エンジン（内燃機関）
１０…コンデンサ
１２…エバポレータ
１３…ステータ部
１４…回転軸
１５…ロータ部
１７…第１の冷媒通路
１８…第２の冷媒通路
１９…凹凸面
２０…第３の冷媒通路
２１…ブラケット
【図１】
0003818213.tif 000002
【図２】
0003818213.tif 000003
【図３】
0003818213.tif 000004
【図４】
0003818213.tif 000005
【図５】
0003818213.tif 000006
【図６】
0003818213.tif 000007
【図７】
0003818213.tif 000008
【図８】
0003818213.tif 000009
【図９】
0003818213.tif 000010
【図１０】
0003818213.tif 000011