CN109416036A - 电动压缩机 - Google Patents

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Abstract

电动压缩机具备：壳体，其包括供变频器的功率基板设置的底板，收容变频器；以及冷却水路，其设置于外壳，并朝向壳体的底板开放。壳体的底板包括：供功率基板设置的第一面、和与第一面相反侧的第二面。在底板的与功率基板对应的位置埋入有金属板，金属板的背面在第二面侧露出并且面向冷却水路。

Description

电动压缩机
技术领域
本发明涉及电动压缩机。
背景技术
作为设置于电动压缩机的马达或者其他马达的变频器，公知有专利文献1～9中记载的装置。例如专利文献1中记载的装置是变频器一体型的电动压缩机。通过将高电压系部件、功率基板、控制系基板以及汇流条等组装于树脂构造体，从而变频器被单元化。在功率基板的设置有功率元件的部位设置有由铜等构成的热贯通部。另一方面，在马达外壳的外周部形成变频器收容部。在该变频器收容部收容有变频器。热贯通部与马达外壳的基座面接触，功率元件产生的热量向基座面散热。基座面作为散热器发挥功能，冷却功率元件。
专利文献2中记载的装置是用于驱动混合动力汽车或者电动汽车的马达的变频器功率单元。在该装置中，在铝制成的壳体内***功率设备、热交换器以及电容器等。功率设备与热交换器的下表面接触，电容器与热交换器的上表面接触。热交换器与配管连接。热交换器通过水冷式来冷却功率设备以及电容器。
专利文献1：日本特开2014-114725号公报
专利文献2：日本特开2007-20238号公报
专利文献3：国际公开第2015/188028号
专利文献4：国际公开第2016/009133号
专利文献5：国际公开第2016/012666号
专利文献6：日本特开2012-92747号公报
专利文献7：日本特开2003-324903号公报
专利文献8：日本特开2007-89258号公报
专利文献9：日本特开2008-128142号公报
在以往的技术中，虽然尝试发热的电气部件(功率基板等)的冷却，但冷却性能仍有改善的余地。另外，关于设置有变频器的电动压缩机，怎样冷却变频器是重要的课题。本发明对能够提高变频器的冷却性能的电动压缩机进行说明。
发明内容
本发明的一个方式提供的电动压缩机，具备安装于外壳的变频器，其中，具备：壳体，其包括供变频器的功率基板设置的底板，该壳体收容变频器；以及冷却水路，其设置于外壳，并朝向壳体的底板开放，壳体的底板包括：供功率基板设置的第一面、和与第一面相反侧的第二面，在底板的与功率基板对应的位置埋入有金属板，金属板的背面在第二面侧露出并且面向冷却水路。
根据本发明的一个方式，能够提高变频器的冷却效率。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的电动压缩机的剖视图。
图2是示出外壳以及变频器单元的分解立体图。
图3是示出变频器单元的立体图。
图4是变频器单元的剖视图。
图5是示出变频器单元的壳体的立体图。
具体实施方式
本发明的一个方式的电动压缩机，具备安装于外壳的变频器，其中，具备：壳体，其包括供变频器的功率基板设置的底板，该壳体收容变频器；以及冷却水路，其设置于外壳，并朝向壳体的底板开放，壳体的底板包括：供功率基板设置的第一面、和与第一面相反侧的第二面，在底板的与功率基板对应的位置埋入有金属板，金属板的背面在第二面侧露出并且面向冷却水路。
根据该电动压缩机，在壳体的底板的与功率基板对应的位置埋入金属板。由于金属板的背面在底板的第二面侧露出，并且面向冷却水路，因此经由金属板将功率基板中产生的热量传递给冷却水。由于可以实现使冷却水与金属板的背面接触的结构，因此可以有效地冷却功率基板。由此提高变频器的冷却效率。
在多种方式中，冷却水路包括：与冷却水的入口连接的第一部分、以及与第一部分的下游侧连接并且与冷却水的出口连接的第二部分，金属板的背面面向第一部分以及第二部分双方。该结构中，金属板的背面能够在以冷却水的流动为基准的多个部位与冷却水接触。由此进一步提高变频器的冷却效率。
在多种方式中，冷却水路一体地形成于外壳的外周部。在该结构中，冷却水路能够进一步有助于外壳内的包括定子部的发热部件的冷却。例如，当在外壳设置有冷却该发热部件的第二冷却水路的情况下，也可以将该第二冷却水路与变频器用的上述冷却水路连接。
在多种方式中，电动压缩机还具备变频器收容部，其一体地形成于外壳的外周部，收容壳体以及变频器。该结构能够将单元化的壳体以及变频器容易地设置于外壳。
在多种方式中，在壳体的底板的第二面与冷却水路的壁部的前端之间设置有密封部件。该结构能够有效地防止冷却水路内的冷却水向外部漏出。
在多种方式中，在壳体的底板的第二面设置有突出部，该突出部朝向冷却水路突出，用于将壳体相对于冷却水路的壁部定位。该结构使金属板的背面可靠地面向冷却水路。
在多种方式中，金属板以其表面与底板的第一面共面的方式设置，并且设置在第一面上的功率基板与金属板的表面抵接。该结构能够将在功率基板(即变频器)产生的热量有效地传递到金属板。其结果进一步提高变频器的冷却效率。
以下，一边参照附图、一边对本发明的实施方式进行说明。另外，在附图的说明中对同一要素标注同一附图标记，并省略重复的说明。在以下的说明中，在称为“径向”的情况下，以旋转轴12的旋转轴线A为基准。
参照图1对一个实施方式的电动压缩机进行说明。电动压缩机1例如应用于车辆或船舶的内燃机。电动压缩机1具备压缩机7。电动压缩机1通过转子部13以及定子部14的相互作用而使压缩机叶轮8旋转，对空气等流体进行压缩，并产生压缩空气。
电动压缩机1具备：在外壳2内被支承为能够旋转的旋转轴12、和紧固于旋转轴12的前端部12a的压缩机叶轮8。外壳2具备：收纳转子部13以及定子部14的马达外壳3、和将马达外壳3的第二端侧(图示右侧、与压缩机叶轮8相反的一侧)的开口关闭的底座外壳4。在马达外壳3的第一端侧(图示左侧、压缩机叶轮8侧)设置有收纳压缩机叶轮8的压缩机外壳6。压缩机外壳6包括吸入口9、涡旋部10以及排出口11。
转子部13安装于旋转轴12的旋转轴线A方向的中央部，包括安装于旋转轴12的一个或者多个永久磁铁(未图示)。定子部14以包围转子部13的方式安装于马达外壳3的内表面，包括线圈部(未图示)。若交流电流在定子部14的线圈部中流动，则由于转子部13以及定子部14的相互作用而使旋转轴12与压缩机叶轮8成为一体并以旋转轴线A为中心旋转。若压缩机叶轮8旋转，则压缩机7通过吸入口9而吸入外部的空气，并通过涡旋部10压缩空气，将压缩空气从排出口11排出。从排出口11排出的压缩空气向上述的内燃机供给。
电动压缩机1具备两个轴承20，这两个轴承20将旋转轴12支承为相对于外壳2能够旋转。轴承20以双支承的方式支承旋转轴12。第一轴承20设置于马达外壳3的压缩机叶轮8侧的端部。第二轴承20设置于从底座外壳4向旋转轴线A方向(压缩机叶轮8侧)突出的部分。例如通过设置于旋转轴12的前端部12a的轴端螺母16，将压缩机叶轮8安装于旋转轴12。
接着，参照图1、图2以及图3对电动压缩机1中的变频器60的安装构造以及变频器60的冷却构造进行说明。如图2以及图3所示，在电动压缩机1中，变频器60被单元化。变频器60收容在壳体50的内部。换言之，电动压缩机1具备变频器单元40，变频器单元40具有壳体50和安装于壳体50的变频器60。
如图1以及图2所示，变频器单元40安装于马达外壳3的外周部。马达外壳3包括：圆筒状的周壁21、和与周壁21的外部一体地形成的第一外壁22以及第二外壁23。由以与旋转轴线A方向正交的方式延伸的一对第一外壁22和与旋转轴线A方向平行地延伸的一对第二外壁23而形成作为矩形的框体的变频器收容部30。在变频器收容部30的内部形成收容空间S。这样，变频器单元40收容于在马达外壳3的外周部一体地形成的变频器收容部30。变频器单元40配置于收容空间S。
马达外壳3、压缩机外壳6以及底座外壳4例如是铝制的。周壁21、第一外壁22以及第二外壁23由相同的材料一体成型，例如是铝制的。变频器收容部30也可以包括罩26，该罩26将在第一外壁22以及第二外壁23的径向外侧形成的开口覆盖(参照图1)。
在变频器收容部30设置有用于冷却变频器60的冷却水路27。换言之，收容空间S的一部分作为冷却水路空间P使用。冷却水路27在周壁21的外部一体地形成。冷却水路27例如也是铝制的。
如图2和图4所示，冷却水路27呈朝向径向外侧开放的形状。冷却水路27包括冷却水的入口以及出口(均未图示)。冷却水路27包括：与冷却水的入口连接的第一部分P1、和与第一部分P1的下游侧连接并与冷却水的出口连接的第二部分P2。入口和出口可以是设置于周壁21或壁部27a的开口，也可以是另外设置的配管的端部。
这些流路由一体地形成于周壁21的外部的壁部27a以及分隔部27b形成。壁部27a以及分隔部27b设置为从周壁21立起。壁部27a呈矩形环状。环状的壁部27a的上端(前端)开放。壁部27a的上端位于同一平面上。该平面可以是与旋转轴线A平行的平面。
上述的入口、出口、第一部分P1以及第二部分P2能够通过适当地配置壁部27a以及壁部27a而形成。例如，在环状的壁部27a的一个部位连接有分隔部27b的基端部。分隔部27b设置为在壁部27a的内部延伸。能够在分隔部27b的基端部的两侧设置入口以及出口。而且，在壁部27a内延伸的分隔部27b的两侧形成第一部分P1以及第二部分P2。冷却水路27的形状以及大小能够根据变频器60的容量或马达外壳3的大小适当变更。
用于冷却定子部14或轴承20等的第二冷却水路也可以设置于马达外壳3。例如，第二冷却水路可以是形成于周壁21的水冷套。该第二冷却水路也可以与上述的冷却水路27的入口或出口连接。可以在电动压缩机1设置有用于使冷却水向冷却水路27(以及第二冷却水路)流动的泵或冷却水的贮存部等。泵或冷却水的贮存部等能够通过公知的技术来实现。
从周壁21立起的壁部27a的高度比第一外壁22(或者第二外壁23)的高度低。在收容空间S中的比冷却水路空间P靠上方(径向外侧)的部分设置有变频器单元40。换言之，在变频器单元40的下方配置有冷却水路27。
接着，对变频器单元40进行说明。壳体50是例如是树脂制的。作为壳体50所使用的材料，例如可列举出PPS等。但是壳体50所使用的树脂材料不作特别限定。壳体50的壳体主体51包括四个侧板52以及将这些侧板52的下端连结的底板53。作为有底且矩形的框体的壳体主体51，朝向径向外侧开放。
在壳体主体51的底板53上设置有变频器60的功率基板63。功率基板63是铝制的基板。也可以在壳体主体51的上部即功率基板63的上方设置有变频器60的控制基板(未图示)。在四个侧板52的上端设置有凸缘54。如图4所示，由侧板52形成的矩形比由第一外壁22以及第二外壁23形成的矩形略小。壳体50收纳在变频器收容部30内。凸缘54位于与第一外壁22以及第二外壁23对应的位置，覆盖这些外壁的上端。
底板53包括：供功率基板63设置的第一面53a、和与第一面53a相反侧的第二面53b。底板53的第二面53b面对壁部27a的上端(前端)。换言之，冷却水路27朝向底板53开放。在底板53的第二面53b与壁部27a的上端之间设置有密封部件70。密封部件70例如是橡胶制的。密封部件70例如遍布壁部27a的上端整体设置为环状，防止冷却水路27内的冷却水向外部漏出。
在底板53的与功率基板63对应的位置埋入有金属板55。金属板55例如是铝制的。金属板55例如通过嵌入成型而埋入于壳体主体51的底板53。金属板55例如比功率基板63小。供功率基板63设置的区域包括供金属板55设置的区域。功率基板63完全覆盖金属板55的表面55a。
金属板55特别地设置在与功率基板63上设置的多个电容器61以及多个MOSFET(Metal-Oxide-semiconductor field-effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)62对应的位置。在从与金属板55的表面55a垂直的方向观察的情况下，在设置有电容器61以及MOSFET62的区域设置有金属板55。换言之，电容器61以及MOSFET62向金属板55的表面55a垂直地投影出的投影像位于金属板55的范围内。另外，金属板55相对于电容器61以及MOSFET62的位置也可以稍微偏移。电容器61以及MOSFET62可以说是变频器60的主要的发热部件。金属板55只要处于能够接受这些部件所产生的热量的位置即可。上述的投影像也可以是仅一部分与金属板55的范围重叠。
更详细地说，与三相的交流电路对应地设置有三张金属板55。三张金属板55排成一列。金属板55排列的方向与电容器61以及MOSFET62排列的方向一致，并且与冷却水路27(第一部分P1以及第二部分P2)延伸的方向一致。各金属板55例如与两个MOSFET62对应(参照图2)。通过使用三张金属板55，由此与使用一张金属板55的情况相比，容易解决金属板55弯曲的问题。领外，也可以以与全部的电容器61以及全部的MOSFET62对应的方式相对于功率基板63设置一张金属板55。
除了上述的部件以外，在变频器单元40还设置有用于将功率基板63安装于壳体50的紧固部件(螺栓以及螺母等)、用于电流供给的汇流条等。如图5所示，多个铜制的销57也可以立设于底板53。
如图4以及图5所示，金属板55包括表面55a和背面55b。金属板55设置为表面55a与底板53的第一面53a共面。设置在底板53的第一面53a上的功率基板63例如以面状与金属板55的表面55a抵接。
另一方面，在底板53以与埋入有金属板55的区域对应的方式，在第二面53b侧设置有开口53d。该开口53d与冷却水路27的第一部分P1以及第二部分P2连通。通过设置开口53d，金属板55的背面55b在第二面53b侧露出，面向第一部分P1以及第二部分P2(即冷却水路27)。另外，金属板55的宽度(图4所示的功率基板63的短边方向的长度)比开口53d的宽度大。金属板55的端部位于壁部27a的上方。在金属板55的端部与壁部27a之间配置有底板53的较薄的部分和上述密封部件70。分隔部27b的高度也可以比壁部27a的高度高。分隔部27b的上端也可以配置于开口53d，而接近金属板55的背面55b。
在底板53的第二面53b且在开口53d的周缘部设置有朝向冷却水路27突出的突出部53c。突出部53c配置在壁部27a的内侧，在将壳体50安装于变频器收容部30时，引导壳体50。换言之，突出部53c将壳体50相对于冷却水路27的壁部27a定位。突出部53c是引导部。一个突出部53c也可以以沿着壁部27a延伸的方式连续地设置。多个突出部53c也可以以沿着壁部27a分离的方式间断地设置。
上述的密封部件70配置为与突出部53c的外侧相邻。根据以上结构，第一部分P1以及第二部分P2是由周壁21、壁部27a、分隔部27b、底板53的开口53d(突出部53c)以及金属板55的背面55b划分出的空间。借助密封部件70来提高水密性。在冷却水路27流动的冷却水能够与周壁21、壁部27a、分隔部27b、突出部53c以及金属板55的背面55b接触。金属板55的背面55b面向第一部分P1以及第二部分P2双方。由此在变频器60的发热部件与冷却水之间，有效地进行夹装有金属板55的热交换。
根据本实施方式的电动压缩机1，在壳体50的底板53的与功率基板63对应的位置埋入有金属板55。金属板55的背面55b在底板53的第二面53b侧露出，由于面向冷却水路27，因此经由金属板55将在功率基板63产生的热量传递给冷却水。由于可以实现冷却水与金属板55的背面55b接触的结构，因此可以有效地冷却功率基板63。由此提高变频器60的冷却效率。
金属板55的背面55b面向冷却水路27的第一部分P1以及第二部分P2双方。根据该结构，金属板55的背面55b以冷却水的流动为基准而在多个部位与冷却水接触。由此进一步提高变频器60的冷却效率。
根据一体地形成于马达外壳3的变频器收容部30，能够将变频器单元40(壳体50以及变频器60)容易地设置于马达外壳3。
根据密封部件70，能够有效地防止冷却水路27内的冷却水向外部漏出。
根据用于定位壳体50的突出部53c，金属板55的背面55b可靠地面向冷却水路27。
根据功率基板63与金属板55的表面55a抵接的结构，将在功率基板63(即变频器60)产生的热量有效地传递给金属板55。作为其结果，进一步提高变频器60的冷却效率。另外，若按照与多个功率基板63对应的张数分别配置金属板55，则与用一张金属板55与多个功率基板63对应地配置的情况相比，例如可以不用与功率基板63的排列匹配地将金属板设为纵长的形状。金属板55为薄板状。纵长的形状容易导致金属板的弯曲。在按照与功率基板63对应的张数分别配置金属板55的情况下，能够抑制金属板55的弯曲而增大与功率基板63的接触面积。其结果能够提高变频器60的冷却效率。
根据被单元化的变频器单元40，能够提高装置的组装性。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。例如定位用的突出部53c也可以位于冷却水路27的壁部27a的外侧。也可以省略定位用的突出部。
也可以省略密封部件70。也可以在壳体50的底板53的第二面53b与冷却水路27的壁部27a的前端之间设置有防止冷却水的漏出而确保水密性的其他构造。
金属板55的背面55b不限于面向冷却水路27的上游部分(第一部分P1)和下游部分(第二部分P2)的情况，也可以以冷却水的流动为基准而面向一个部位。
也可以省略包围并收容变频器单元40的外壁22、23(变频器收容部30)。也可以在马达外壳3的外周部不一体地成型冷却水路，而是将另外成型的冷却水路安装于马达外壳3。
不限于金属板55的表面55a整体与功率基板63抵接的结构。也可以使金属板55的表面55a的一部分与功率基板63抵接。也可以使金属板55完全地埋入底板53，使金属板55的表面55a不在第一面53a侧露出且不与功率基板63抵接。例如也可以是底板53的一部分以薄板状存在于金属板55的表面55a与功率基板63之间。能够经由薄板状的树脂部分传递热量，来冷却功率基板63。
不限于壳体50是树脂制的情况。壳体50例如也可以是金属等制成的。
根据本发明的几个方式，变频器的冷却效率提高。
附图标记说明：1…电动压缩机；2…外壳；3…马达外壳；4…底座外壳；6…压缩机外壳；7…压缩机；8…压缩机叶轮；12…旋转轴；13…转子部；14…定子部；21…周壁；22…第一外壁；23…第二外壁；27…冷却水路；27a…壁部；30…变频器收容部；40…变频器单元；50…壳体；51…壳体主体；52…侧板；53…底板；53a…第一面；53b…第二面；53c…突出部；55…金属板；55a…表面；55b…背面；60…变频器；61…电容器；62…MOSFET；63…功率基板；70…密封部件。

Claims (7)

1.一种电动压缩机，具备安装于外壳的变频器，其特征在于，具备：
壳体，其包括供所述变频器的功率基板设置的底板，该壳体***述变频器；以及
冷却水路，其设置于所述外壳，并朝向所述壳体的所述底板开放，
所述壳体的所述底板包括：供所述功率基板设置的第一面、和与所述第一面相反侧的第二面，
在所述底板的与所述功率基板对应的位置埋入有金属板，所述金属板的背面在所述第二面侧露出并且面向所述冷却水路。
2.根据权利要求1所述的电动压缩机，其特征在于，
所述冷却水路包括：与冷却水的入口连接的第一部分、以及与所述第一部分的下游侧连接并且与所述冷却水的出口连接的第二部分，
所述金属板的背面面向所述第一部分以及所述第二部分双方。
3.根据权利要求1或2所述的电动压缩机，其特征在于，
所述冷却水路一体地形成于所述外壳的外周部。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电动压缩机，其特征在于，
还具备变频器收容部，其一体地形成于所述外壳的外周部，***述壳体以及所述变频器。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动压缩机，其特征在于，
在所述壳体的所述底板的所述第二面与所述冷却水路的壁部的前端之间设置有密封部件。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电动压缩机，其特征在于，
在所述壳体的所述底板的所述第二面设置有突出部，该突出部朝向所述冷却水路突出，用于将所述壳体相对于所述冷却水路的壁部定位。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电动压缩机，其特征在于，
所述金属板以其表面与所述底板的所述第一面共面的方式设置，并且设置在所述第一面上的所述功率基板与所述金属板的所述表面抵接。
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