发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所述的结构在于,由于吸入制冷剂与逆变器107和电动机106的高发热部件进行热交换后被吸入到压缩机构部105,所以因吸入制冷剂温度的上升而体积效率下降,对压缩机的性能产生大的影响。而且,从压缩机构部105排出的排出制冷剂不会到达电动机106一侧而是直接排出到外部,所以当为了提高冷冻循环的性能而要将伴随排出制冷剂的润滑油分离时,只能在向外部排出的过程中进行,难以分离。因此,需要正式且大型的分离装置,成为导致机体容器大型化、重量化的原因。
另一方面,专利文献2所述的结构相对于专利文献1所述的结构,吸入制冷剂仅用于冷却逆变器,另外,润滑油的分离装置能够利用收纳电动机111的机体容器112的空闲空间来设置,所以在性能方面和 机体容器的尺寸方面的优点大。
但是,专利文献2所述的结构在于,设置于逆变器箱115的吸入制冷剂通路117被间隔壁与来自压缩机构部113的排出制冷剂通路分离,所以与它们接近一并地,逆变器箱115利用因来自压缩机构部113和电动机111的热量而温度上升的机体容器117的热传导而被加热。因此,需要有效的冷却机构且难以向逆变器箱115热传导的结构。另外,内置有压缩机构部113和电动机111的机体容器117以及逆变器箱115是层压结构,所以在组装调整和轴芯调整,还有用于紧固的螺栓、密封数量方面存在课题。
另外,在专利文献3所述的结构中,除了在专利文献2中说明过的课题外,还存在以下的课题。即,在装载于车辆的情况下,根据该装载的机种,吸入配管连接部8的位置和高电压连接器107的位置经常变化。此时,该压缩机在逆变器箱102设置有吸入配管连接部8和向逆变器导入高电压的高电压连接器107,所以当吸入配管连接部8的位置和高电压连接器107的位置变化时,必须更改以逆变器箱102的连接器位置等为主的逆变器箱102内的电路基板101的设计,存在设计的工时增多的缺点。另外,当制造压缩机主体即主体机壳,合体组装逆变器箱102时,如果压缩机主体与逆变器箱102的制造场所分离,则在未单独密闭的压缩机主体的搬运、保管时,有可能发生垃圾、水分侵入压缩机主体内部,以及生锈等,在制造方面也有问题。
本发明的目的在于,提供一种逆变器一体型电动压缩机,其采用有效地冷却逆变器电路基板,而且因逆变器的电路基板和逆变器箱的通用化而能够有效地设计的结构,提高吸入配管连接部的设计自由度,解决压缩机主体的制造方面的缺点。
用于解决课题的方法
为了解决上述现有的课题,本发明的逆变器一体型电动压缩机包括:进行流体的吸入、压缩和排出的压缩机构部;驱动该压缩机构部的电动机;主体机壳,其内置上述压缩机构部和上述电动机并被密闭,在任一个端部形成有吸入通路;和内置有驱动上述电动机的逆变器的逆变器箱,上述主体机壳构成为利用流经上述吸入通路的制冷剂来冷却设置有该吸入通路的吸入通路形成面,并且上述逆变器箱,使其至 少一部分紧贴于上述吸入通路形成面而被固定,逆变器箱的逆变器设置壁背面被流经吸入通路的吸入制冷剂冷却,其结果是,能够冷却逆变器箱内的电路基板。另外,在压缩机主体的搬运、保管时,能够防止垃圾、水分侵入主体机壳内部和生锈等。
另外,在采用相对于上述主体机壳能够旋转至任意位置并固定的结构的情况下,仅改变逆变器箱的固定位置,也能够改变高电压连接器等的位置,能够用通用的逆变器和电路基板适应车辆机种的变更等,设计自由度提高。
发明效果
本发明能够提供一种逆变器一体型电动压缩机,在主体机壳内存在制冷剂的吸入通路,利用在该吸入通路流动的制冷剂,能够有效地冷却逆变器箱内的逆变器电路基板,并且也能够实现主体机壳的小型化,且也能够抑制主体机壳的搬运、保管时垃圾和水分侵入等。
具体实施方式
第一发明,包括:进行流体的吸入、压缩和排出的压缩机构部;驱动该压缩机构部的电动机;主体机壳,其内置上述压缩机构部和上述电动机并被密闭,在任一个端部形成有吸入通路;和内置有驱动上述电动机的逆变器的逆变器箱,上述主体机壳构成为利用流经上述吸入通路的制冷剂来冷却设置有该吸入通路的吸入通路形成面,并且上述逆变器箱,使其至少一部分紧贴于上述吸入通路形成面而被固定。根据该结构,通过在形成有吸入通路的主体机壳上紧贴设置逆变器箱,能够对逆变器进行充分的冷却。
第二发明,上述逆变器箱采用相对于上述主体机壳能够旋转至任意位置并固定的结构。由此,仅更改逆变器箱的固定位置,也能够更改高电压连接器等的位置,能够用通用的逆变器和电路基板适应车辆机种的变更等,设计自由度提高。
第三发明,在形成有上述吸入通路的主体机壳的轴向端面配置有压缩机终端的电极端子,上述逆变器箱内的电路基板经由上述电路基板的引线与上述压缩机终端的电极端子结合。由此,维持充分的逆变器冷却效果,并且组装也容易。
第四发明,在上述逆变器箱配置有从外部导入高电压的高电压连接器、通信连接器和低电压连接器中的至少一个,能够根据布局需要旋转自如。
第五发明,上述高电压连接器、通信连接器和低电压连接器中的至少一个,设置于逆变器箱的外周部,经由连结束线件与逆变器箱的电路基板连接。由此,根据连接器与电路基板的位置关系的设计自由度提高。
第六发明,固定上述逆变器箱和主体机壳的部分的至少中央部分在良好的平面紧贴,而外周部的至少一部分间隔隔热性材料紧贴固定或间隔缝隙紧密固定。由此,能够进行逆变器的冷却,并且能够对压缩机构部进行隔热。
第七发明,上述逆变器箱的中央部分间隔热传导性材料与主体箱的中央部分紧贴。由此,能够进行逆变器的冷却,并且能够对压缩机构部进行隔热。
第八发明,上述逆变器箱采用切除外周部分并将其中央部分用多根连结棒连结的结构,使上述中央部分与上述主体机壳的上述吸入通路形成面紧贴,所切除的上述逆变器箱的外周部分端面间隔隔热性材料与上述主体机壳的外周部之间紧贴固定。由此,能够进行逆变器的冷却,并且能够对压缩机构部进行隔热。
第九发明,上述逆变器箱的中央部分与外周部分离并被固定于上述主体机壳,且上述逆变器箱的外周部分端面间隔隔热性材料紧贴固定于上述主体机壳。由此,能够进行逆变器的冷却,并且能够对压缩机构部进行隔热。
下面,参照附图,对本发明的实施方式进行说明。此外,本发明并不限定于该实施方式。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1中的逆变器一体型电动压缩机的结构的局部截面图。在图1中,纵向地表示横向设置的横式电动压缩机的一个例子,在主体机壳1内内置有电动机2,驱动嵌入或压入于该主体机壳1的压缩机构部4。主体机壳1在压缩机构部4一侧由构成主体机壳1的吸入罩5封闭。此外,该吸入罩5构成主体机壳1的一部分。
电动机2由组装在逆变器箱102内的电动机驱动用的电路基板101驱动。基本而言,只要是具有内置有进行液体的吸入、压缩和排出的 压缩机构部4和驱动该压缩机构部4的电动机2的主体机壳1;和内置具有驱动电动机2的电动机驱动电路部的电路基板101的逆变器箱102的电动压缩机即可,本项发明并不限于以下说明的实施方式。
对于构成本实施方式的电动压缩机的压缩机构部4,作为一个例子表示涡旋(scroll)方式的压缩机构。压缩机构部4收纳于主体机壳1,被吸入罩5的内周端面和主体机壳1的内面阶梯部1a夹持固定。主体机壳1使用设置于其端面与吸入罩5的外周侧端面之间的外部密封材料3a密闭,而且还使用在外部密封材料3a所接触的吸入罩5的内周侧端面与设置于压缩机构部4的外周的阶梯部4a之间设置的内部密封材料4b双重密闭,在其内部的密闭空间形成有制冷剂的吸入通路10。而且,流经该吸入通路10并被吸入到压缩机构部4的制冷剂隔着吸入罩5来冷却内置于逆变器箱102的IPM等逆变器部件的设置壁。另外,通过用隔热性材料形成双重的密封部件3a、4b,抑制从主体机壳1向吸入罩5的热传导。
压缩机构部4是通过固定叶片11与旋转叶片(未图示)的组合来压缩制冷剂的公知的结构,在固定叶片11的吸入通路10一侧设置有排出压缩后的制冷剂的排出室13。该排出室13用盖体12覆盖固定叶片11的排出口(未图示)而构成,通过设置成位于吸入通路10内,缩短主体机壳1的轴线方向的长度。即,能够实现主体机壳1的小型化。另外,排出室13经由固定叶片11和主轴承部件14或者形成于它们与主体机壳1之间的联络通路15和排出孔16,与电动机2一侧连通。由此,从排出室13排出的压缩制冷剂流到电动机2一侧,向主体机壳1外排出,但在流经该电动机2时将润滑油分离。即,主体机壳1内的电动机2通过兼具润滑油的分离功能,不必设置分离机构,而变得小型。
图2表示构成主体机壳1的一部分的吸入罩5,在该吸入罩5上在其周壁设置有吸入配管安装部8,从该吸入配管安装部8吸入的制冷剂进入吸入通路10后扩散,隔着吸入罩5冷却逆变器箱102的端部壁102a。然后,该端部壁102a与以紧贴该端部壁102a的背面的方式装载的IPM105等的发热体进行热交换,冷却发热体。之后,经由固定叶片11的吸入口(与现有例的图16所示的吸入口11a同样)流入到形成于 固定叶片11与旋转叶片之间的压缩空间。
吸入配管安装部8设置于能够与吸入罩的吸入通路10连通的区域,但如图3所示,在驱动旋转叶片的驱动轴的旋转方向的范围来看成为箭头所示的范围,能够配置吸入配管安装部8的范围大。
另外,在吸入罩5的外周部设置有终端106,该终端106如图3所示,将3根端子如图1所示,呈直线状沿着外周部配置。而且,该终端106与来自电动机2的引线2a连接。该引线2a通过设置于固定叶片11的外周附近的联络通路与簇106a连接,从内侧***固定到压缩机终端106。
图4表示逆变器箱102,在该逆变器箱102内设置有电动机驱动电路部。电动机驱动电路部在逆变器箱102内收纳电路基板101和电解电容器104等而构成,在电路基板101装载有包括发热度高的开关元件的IPM(智能功率模块)105。电动机驱动电路部通过与电动机2连接的压缩机终端106而进行电连接,驱动电动机2。该电动机2的驱动是一边监视温度等所需信息一边驱动的。因此,在具有电动机驱动电路部的电路基板101连接有首先从外部导入电力的高电压连接器107。另外,在电路基板101,由于与设置于吸入罩5的压缩机终端106连接,所以装备有逆变器簇109,用于经由从电路基板101的引线引出部101a(参照图5)伸出的引线108与压缩机终端106连接。
图5和图6是表示在逆变器箱102安装各部分的方式的平面图,分别表示高电压连接器106配置于图中右下方的情况和向图中上部移动的情况。
在压缩机终端106的位置例如从图5变成图6的位置时,使逆变器箱102相对于主体箱1逆时针旋转120度,延长逆变器簇109的引线108,由此不更改电路基板101的形状和布线图案,能够在压缩机组106设置逆变器簇109。因此,主体机壳1的吸入罩5与逆变器箱102的结合固定部采用能够使逆变器箱102相对于主体机壳的吸入罩5旋转至任意的位置并结合固定的结构,例如采用圆形或者多角形。
在说明中,对从外部导入高电压的高电压连接器的位置改变的情况进行了说明,但并不限于高电压连接器,也能够对应配置有通信用的通信连接器、12V用的低电压连接器中的至少一个,对于其中任意 一个的改变位置的情况。
接着,对吸入罩5与逆变器箱102的紧贴结合进行说明。
如上所述,为了用吸入制冷剂来冷却逆变器箱102内的IPM105等发热体,使逆变器箱102的端部壁102a(与电路基板101和装载于其的IPM105等相对的面)和吸入罩5的吸入通路形成面5a成为良好的热传导体,并且降低两部件间的热传导阻力非常重要。以下说明它的几个结构例。
图7中,逆变器箱102的端部壁102a与吸入罩5的吸入通路形成面5a接近的面上的设置有IPM105等发热体的至少中央部,作为良好的平面110(高平面度、低表面粗糙度)的热传导性优秀的金属材料使其紧贴,而在由排出制冷剂气体加热的主体机壳1的附近或者设置有压缩机终端106的外周部的至少一部分上设置隔热性材料111或缝隙112并紧贴固定。
根据该结构,要冷却IPM105等发热体的部分的热传导性好,并且能够抑制来自因高温的排出制冷剂气体的影响而变成高温的逆变器箱1的吸入罩5的外周部的热传导,即使是所排出的制冷剂气体通过主体机壳1内而排出的高电压型压缩机,也能够有效地冷却以IPM105等发热体为主的电路基板101。
另外,作为其他的方法,也可以是如下结构:在逆变器箱102的端部壁102a与吸入罩5的吸入通路形成面5a接近的面上设置有IPM105等发热体的至少中央部,间隔有热传导性材料113(例如,热传导性润滑油、高热传导石墨片等),而在外周部的至少一部分隔着隔热性材料111或缝隙112紧贴固定。在这种情况下,也能够得到与上述例子同样的效果。
另外,图8表示能够更强力地冷却IPM105等发热体的结构。即,本例的逆变器箱102采用切除其端部壁102a的外周部分并将其中央部分120用多根连结棒121连结的结构。而且,还采用使该中央部分120紧贴主体机壳1的吸入罩5的吸入通路形成面5a,所切除的逆变器箱102的外周部分端面隔着隔热性材料111紧贴固定在与吸入罩5的外周部之间的结构。
根据该结构,逆变器箱102的中央部分120用散热器(heatsink) 功能来冷却IPM105等的发热体,并且抑制来自吸入罩5的外周部的热传导,而且,虽说热传导得以抑制但是隔着隔热性材料111从温度容易升高的逆变器箱102的外周部分向中央部分120的热传导也能够得到抑制,能够更强力地冷却以IPM105等发热体为主的电路基板101。
而且,图9采用单独用连结螺栓122将图8所示的逆变器箱102的中央部分120与吸入罩5连结的结构,能够长期确保逆变器箱102的中央部分120与吸入罩5的吸入通路形成面5a的紧贴。
此外,在如图9所示采用螺栓固定的情况下,作为用于保证逆变器箱102的旋转设置的自由度的结构,可以在电路基板101与设置于逆变器箱102的高电压连接器、通信连接器、低电压连接器的连接中,新追加连接连结束线件123。
图10、11表示相对于同一电路基板101,连接器的位置变化时的连结束线件123的例子。
如上所述,在上述各个实施方式中,具有吸入配管设置部,逆变器箱紧贴设置于形成有吸入通路的主体机壳,由此能够充分地冷却逆变器。另外,进行根据布局需求能够旋转自如的设置,能够共用逆变器箱和电路基板,能够得到一种逆变器一体型压缩机,其吸入配管的配置、高电压连接器等设置自由度增大,并且逆变器箱和电路基板的设计效率大幅提高,且在压缩机主体的搬运、保管方面也能消除制造上的缺陷。
(实施方式2)
图12表示主体机壳1内的压力是低压的所谓低压型电动压缩机的情况的结构例。
在主体机壳1配置有电动机2和压缩机构部(图示省略),电动机2与吸入室邻接,制冷剂气体从主体机壳1的吸入配管安装部8流入,冷却电动机2后被导入到压缩机构部(图示省略)。
在这种情况下,应用实施方式1所示的结构,也能够采用有效地冷却逆变器箱102,并且能够将逆变器箱安装在主体机壳1上的任意位置的结构。
此外,对于在上述各个实施方式中所示的逆变器一体型电动压缩机,以用单独形成的吸入罩5来密闭主体机壳1的吸入通路一侧的压缩机为例进行说明,但是也可以采用如下结构:在主体机壳1的吸入通路一侧一体形成吸入罩5并形成密闭状态,使该吸入罩一侧的相反一侧形成开口状态,从该开口***组装压缩机构部4和电动机2等。
产业上的可利用性
如上所述,本发明的逆变器一体型电动压缩机利用流经吸入通路的制冷剂,能够有效地冷却逆变器箱内的逆变器电路基板。而且,通过采用相对于主体机壳能够旋转至任意位置并固定的结构,与现有的逆变器内置式的电动压缩机相比,吸入配管的设置自由度大幅提高,并且不必设计变更逆变器箱的高电压连接器的位置,通过使整个逆变器箱旋转就能够应对自如,所以设计效率极大提高。另外,还具有通过利用吸入罩密闭除逆变器箱外的压缩机主体机壳,能够形成在制造后的搬运和保管、管理方面极其有用的结构等众多优点,在电动机上的安装也变得容易,能够广泛应用于混合动力车等环保车辆中。