JP2004197688A - 電動圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ケーシング内に圧縮機とこれを駆動するモータが収納され、モータのステータ11がフロントケース5内に固定されるとともに、ステータ内で圧縮機の回転軸に連結された回転子16が回転可能に支持されている。モータを挟んで圧縮機の反対側に冷媒の吸入口が設置されている。フロントケース5の外側壁に取り付け部100を設けて、ここにパワー半導体モジュール111を取り付ける。取り付け部100とその内側壁には、軸方向に沿ってステータの両端面より外方に伸びる窪み26aおよび連通穴26bを設ける。連通穴26bは、ステータ11の両端面より外方に開口される。これによって、圧縮機に吸入される冷媒が、窪み26aおよび連通穴26bを通過するから、パワー半導体モジュール111とモータのステータ11が同時に冷却される。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機とこれを駆動するモータとをケーシング内に収容して構成した電動圧縮機に関し、特にモータを駆動するためのパワー半導体モジュールを冷却可能な電動圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特許3086819号公報
【特許文献2】特開2000−263243号公報
【特許文献3】特開2000−291557号公報
一般に、電動圧縮機のモータは、インバータなどのパワー半導体モジュールにより駆動される。パワー半導体モジュールがモータを駆動する際には、エネルギーロスで相当の熱を発生するから、冷却する必要がある。その冷却方法としては、特許3086819号公報において、パワー半導体モジュールを圧縮機およびモータを収納するケーシングの低圧側の外側壁に取り付け、低圧側内の冷媒によって冷却する技術が開示されている。
【0003】
また、特開2000−263243号公報においては、図5に示すように、圧縮機構62とモータ10’を収容するケーシング61の低圧側の壁面端部に冷媒通過可能なヒートシンク68を設け、ヒートシンク68の取り付け面60にパワー半導体モジュール111’を固定し、外部冷媒回路65からの冷媒がヒートシンク68を通過する際にパワー半導体モジュールの冷却を行う技術が開示されている。
このほか、同じく低圧側の壁面端部にパワー半導体モジュールを配置して冷却する技術が特開2000−291557号公報で開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許3086819号公報開示の技術は、パワー半導体モジュールを単に低圧側の外側壁に取り付ける構造としているため、その壁面内部には低温の冷媒があって冷却効果があるものの、冷却効果が不確実である。例えば同特許の実施例で示すように、モータのステータの近傍に設置した場合、そこに冷媒通路がない上、ステータからの熱が伝達しやすく高い冷却効果を期待できない問題があった。
【0005】
一方、特開2000−263243号公報の場合は、パワー半導体モジュール111’をモータ10’から離れた壁面端部のヒートシンク68に配置し、ヒートシンク内部を通過する冷媒によって冷却するから、上記より高い冷却効果を得ることが可能ではあるが、長手方向端部に配置されるため、上記より、取り付けられるパワー半導体モジュール111’の面積が小さくならざるを得なかった。この結果、冷却効果を最大限に出すことができない。
【0006】
特開2000−291557号公報では、特開2000−263243号公報と同様に、パワー半導体モジュールを長手方向端部に配置するが、付近に冷媒通路がないので、面積の小さいパワー半導体モジュールしか配置できないほか、冷媒の流れが悪いため、高い冷却効果を期待できない問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、パワー半導体モジュールへの冷却能力を高めながら、面積の大きいパワー半導体モジュールも取り付け可能な電動圧縮機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため請求項1記載の発明は、流体を圧縮する圧縮機と、ステータ及び回転子を有し前記圧縮機を駆動するモータと、前記圧縮機および前記モータを収納するケーシングとを備え、前記モータは、前記圧縮機と直列に前記ケーシング内に収納されるとともに、前記モータのステータは前記ケーシング内に固定され、前記モータの回転子は前記圧縮機の回転軸に連結され、前記ステータ内で回転可能に支持され、前記ケーシングには、前記モータのステータを挟んで前記圧縮機と反対側に吸入口が設けられている電動圧縮機において、前記ケーシングのモータが固定されたモータ部の外側壁に取り付け部を設けるとともに、該取り付け部に前記モータを駆動するパワー半導体モジュールを取り付け、前記ケーシングにおける前記取り付け部と内側壁の間には、前記吸入口と前記圧縮機をつなぐ流体の連通路を形成したものとした。
【0008】
請求項2記載の発明は、前記ケーシングの内側壁に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、前記窪みと前記ステータの外周面とで形成される空間を、前記連通路としたものとした。
【0009】
請求項3記載の発明は、前記取り付け部を平面形状とし、該取り付け部と前記内側壁の間に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に延びる連通穴を形成し、該連通穴を、前記吸入口側と前記圧縮機側で、前記内側壁にそれぞれ開口させ、当該開口させた連通穴を前記連通路としたものとした。
請求項4記載の発明は、前記吸入口が、前記取り付け部に隣接し前記窪みまたは前記連通穴の近傍に配置されているものとした。
【0010】
請求項5記載の発明は、前記ケーシングの内側壁において、円周方向に前記取り付け部から離れた位置に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、前記窪みと前記ステータの外周面とで形成される空間が、前記モータを挟んで、前記吸入口と前記圧縮機をつなぐ流体の第2の連通路を形成したものとした。
請求項6記載の発明は、前記ケーシングの外側壁において、円周方向に前記取り付け部から離れた位置にフィンを形成したものとした。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明を適用した電動圧縮機の縦断面図である。図2は、そのA−A断面図である。
電動圧縮機1はそのケーシング2がフロントケース5、センタケース3およびリヤケース4の3部材から構成されている。
フロントケース5は有底筒状で、その開口側にコイル12を備えたステータ11が焼きばめによって固定されている。
なお、フロントケース5の内周壁には段差部6が形成され、ステータ11の前端はこの段差部6に当接して位置決めされている。
【0012】
センタケース3には、隔壁8が形成され、この隔壁8には、後述するロータの回転軸27を通すための貫通穴が設けられている。
センタケース3とフロントケース5とは図示しないボルトで結合されている。
リヤケース4の開口側には圧縮機20が配置されている。圧縮機20は、内周面が楕円形状のシリンダ21内に複数のベーン23を備えるロータ25が回転可能に設けられ、シリンダ21をフロントサイドブロック30とリヤサイドブロック40の間に挟んで、ベーンロータリ式コンプレッサを形成している。
ロータ25はその回転軸27を後側ではリヤサイドブロック40の支持穴41に支持され、前側ではフロントサイドブロック30の支持穴31に支持されている。
【0013】
シリンダ21とフロントサイドブロック30は、相互の位置関係が規定され、シリンダ21の中心に対してロータ25の回転軸27を整合させた状態で図示しないボルトによって結合されている。そして圧縮機20は、シリンダ21とフロントサイドブロック30およびリヤサイドブロック40を貫通するボルト47によって、センタケース3に固定されている。
フロントサイドブロック30には吸入口36が開口し、リヤサイドブロック40には、オイルセパレータ49を備えるサイクロンブロック48が取り付けられている。
【0014】
ロータ25の回転軸27は、支持穴31および隔壁8の貫通穴35を貫通してフロントケース5内に伸びる延長部28を有し、この延長部28には、軸方向においてステータ11に整合させた回転子16が固定されている。これにより、ステータ11と回転子16とでモータ10が形成される。
【0015】
フロントケース5内では、モータ10によって2つの空間51、52が形成されている。モータ10より前側の空間51と、モータ10とセンタケース3の隔壁8に取り付けられたフロントサイドブロック30の間の空間52とは、モータ10を挟んで冷媒の吸入室50を形成している。
隔壁8には、吸入室50とフロントサイドブロック30の吸入口36を連通させる貫通穴38が設けられている。これによって、冷媒吸入ポート15から、複数のベーン23を備えた圧縮室につながる冷媒の通路が形成される。
【0016】
フロントケース5の外側壁において、モータ10が取り付けられたモータ部の対応位置に、4周を壁で囲んだ平面の取り付け部100が形成され、この取り付け部100にはモータ10を駆動するためのパワー半導体モジュール111が取り付けられている。パワー半導体モジュール111は、パワー半導体素子113を取り付けた基板を取り付け部100に密着させてある。
【0017】
フロントケース5の内側壁においては、図2に示すように円周方向で、取り付け部100に対応する位置に窪み26a、そして、取り付け部100から離れた位置に左右対称に窪み29が形成されている。また、取り付け部100と内側壁の間の肉厚部に窪み26aを挟んで左右対称に連通穴26bが形成される。
窪み26a、29は、軸方向にステータ11の両端部より外方に伸びており、ステータ11の外周面とで、空間51と空間52をつなぐ冷媒通路を形成している。
【0018】
2つの連通穴26bは、空間51、空間52にそれぞれ開口され、同じく冷媒通路を形成する。
窪み26aと窪み26bで形成した冷媒通路は、取り付け部100と内側壁の間に存在するから、パワー半導体モジュール111とモータ10とを冷却する冷媒通路54となる。
窪み29で形成した冷媒通路は、モータのみを冷却する第2の冷媒通路になる。
【0019】
フロントケース5の取り付け部100の底壁側からは、コイル12から延びるケーブル13が外部に引き出されている。ケーブル13とケーブル13を取り出すための穴にはハーメチックターミタル17が設けられ、ケーシング2を気密させている。引き出されたケーブル13の端部のコネクタ14にはパワー半導体モジュール111のパワー半導体素子が接続される。
したがって、パワー半導体モジュール111によって、内部のモータ10を駆動することができる。
【0020】
フロントケース5の底壁には、取り付け部100に隣接し、窪み26aの付近で、冷媒吸入ポート15が設けられ、外部から冷媒が吸入されるようになっている。
リヤケース4のサイクロンブロック48が臨む空間は、吐出室53を形成している。リヤケース4の側壁には冷媒吐出ポート9が設けられて、圧縮機20からオイルセパレータ49を経て吐出された冷媒を冷媒吐出ポート9から外部へ供給するようになっている。
【0021】
吐出室53には所定量の潤滑油が貯留されている。
この潤滑油は、吐出室53の吐出圧に押されて、図示しない油路を経て支持穴41、31の穴面に至り、さらに支持穴41と回転軸27間の隙間を通って、リヤサイドブロック40のロータ25に対向する面に形成された凹部(さらい)44およびリヤサイドブロック40とサイクロンブロック48の間に形成された密閉空間Rへ流れる。
【0022】
密閉空間Rに流れる潤滑油は貫通穴43によって凹部44に導かれ、この潤滑油の圧力で、ロータ25に備えているベーン23をシリンダ21の円周面に押し付けている。これによって、ベーン23で区画されたシリンダ内の空間はロータ25の回転に従って冷媒を圧縮する圧縮室となる。
なお、センタケース3とリヤケース4間、およびセンタケース3とフロントケース5間の接続には、それぞれパッキンが用いられ気密を確保するようにしている。
【0023】
パワー半導体モジュール100の駆動によって、ステータ11が励磁され、回転子16が回転すると、回転子16と共通の回転軸27を備える圧縮機20のロータ25が回転して、冷媒吸入ポート15から空間51に吸入された冷媒は、図2に示す窪み26a、29および連通穴26bで形成された冷媒通路を通って空間52に流れる。空間52に流れた冷媒は、吸入口36から圧縮機20のシリンダ21に吸入され、圧縮されて吐出室52へ吐出された後、冷媒吐出ポート9から外部へ供給される。
冷媒が、窪み26a、29および連通穴26bを通過する際に、モータ10を冷却するとともに、とくに、窪み26a、連通穴26bを通過する冷媒が、取り付け部100に取り付けられているパワー半導体モジュール111をも冷却する。
【0024】
実施の形態は以上のように構成され、フロントケース5の外側壁にパワー半導体モジュール111を取り付けるための取り付け部100を形成したから、場所を大きくとれ、面積の大きいパワー半導体モージュールを取り付けることが可能になる。
そして、空間51と空間52を連通するための冷媒通路の一部を取り付け部100とその内側壁の間に設けたから、冷媒がモータ10とパワー半導体モジュール100を同時に、かつ確実に冷却することができる。
【0025】
さらに、冷媒吸入ポート15の設置位置は、取り付け部100に隣接し、パワー半導体モジュール111を冷却する冷媒通路の付近にしたから、取り付け部100付近の冷媒の流れがよく、高い冷却力を発揮することができる。
したがって、大出力の電動圧縮機にも対応できるようになる。
また、取り付け部100から離れた部位にも、窪み29による冷媒通路を形成したから、モータ10としては、全体が均等に冷却され、安定した駆動ができる。
【0026】
次に、変形例を説明する。
図3は、変形例の構成を示す断面図である。
上記実施の形態の電動圧縮機1では、パワー半導体モジュール111およびモータ10を冷却するために、図2に示すようにフロントケース5における取り付け部100と内側壁の間に窪み26aを形成したから、ここを通過する冷媒は、モータ10のステータ11を触れながら通過し、モータ10に対して高い冷却効果が得られる。
【0027】
しかし、その両側にも冷却用に連通穴26bが形成されているから、パワー半導体モジュール100の発熱によっては、モータ10を冷却し過ぎ、すなわち冷媒が暖められ過ぎることが考えられる。この場合は、図3に示すように、窪み26aを設ける代わりに、例えば、取り付け部100と内側壁の間の肉厚に応じて、左右対称に連通穴26c、26d、26eを設けて、冷却することも可能である。こうすることによって、パワー半導体モジュール111を冷却しつつ、モータ10に対しては、均等に冷却できる効果が得られる。
【0028】
次に、第2の変形例を説明する。
図4は、第2の変形例の構成を示す断面図である。
この変形例では、図2に示す窪み29を設ける代わりに、フィン33を設けて取り付け部100以外の部位での冷却を行う。なお、ここでは、フィン33の冷却能力とバランスをとるために、取り付け部100とその内側壁の間には、肉厚に応じて円形の連通穴26f、26g、26hをそれぞれ形成してある。この場合、前記実施の形態および変形例より、パワー半導体モジュール100およびモータ10に対する冷却効果が低くなるが、冷媒が暖められ過ぎない効果が得られ、出力の小さいものには好適である。
【0029】
また、上記実施の形態およびいずれの変形例でも、冷媒通路をフロントケース5に設けてあるから、モータのステータ11に切り欠きや貫通穴を設ける必要がなく、モータに対して高い冷却効果を得ると同時に、モータの鉄損の増加や磁気飽和をもたらさない効果も同時に得られる。
【0030】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、ケーシングのモータ部の外側壁に取り付け部を設け、モータを駆動するパワー半導体モジュールを取り付けるとともに、取り付け部に対応した内側壁に、軸方向にステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成しステータの外周面とで形成される空間が、モータを挟んで吸入口と圧縮機をつなぐ流体の連通路を形成するものとしたから、パワー半導体モジュールとモータを同時に、かつ確実に冷却することができる。
【0031】
請求項2の発明によれば、取り付け部を平面形状とし、取り付け部と内側壁の間の肉厚部には吸入口と圧縮機をつなぐ流体の連通穴を形成するようにしたから、とくにパワー半導体モジュールの冷却能力を高めることができる。
【0032】
請求項3の発明によれば、冷媒の吸入口を、取り付け部に隣接し、窪みおよび連通穴の近傍に配置するようにしたから、取り付け部100付近の冷媒の流れがよく、高い冷却力を発揮することができる。これによって、大出力の電動圧縮機にも対応できるようになる。
【0033】
請求項4の発明によれば、ケーシングのモータ部の外側壁の取り付け部を設け、モータを駆動するパワー半導体モジュールを取り付けるとともに、取り付け部と内側壁にはその厚さに応じて軸方向にステータの両端面より外方に伸びる連通穴を複数形成することによって吸入口と圧縮機をつなぐ流体の連通路を形成するから、冷媒が暖められすぎない効果が得られる。
【0034】
請求項5の発明によれば、ケーシングのモータ部の内側壁において、取り付け部から離れた位置に軸方向にステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、窪みとステータの外周面とで形成される空間が、吸入口と圧縮機をつなぐ流体の連通路としたから、モータを均等に冷却することができる。
請求項6の発明によれば、ケーシングのモータ部の外側壁において、取り付け部から離れた位置にフィンを形成したから、フィンでの冷却効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施の形態を示す電動圧縮機の縦断面図である。
【図2】冷媒通路の構成を示す横断面図である。
【図3】変形例を示す図である。
【図4】ほかの変形例を示す図である。
【図5】従来の電動圧縮機の横断面図である。
【符号の説明】
1 電動圧縮機
2 ケーシング
3 センタケース
4 リヤケース
5、5’、5” フロントケース
6 段差部
8 隔壁
9 冷媒吐出ポート(吐出口)
10、10’ モータ
11 ステータ
12 コイル
13 ケーブル
14 コネクタ
15 冷媒吸入ポート(吸入口)
16 回転子
17 ハーメチックターミタル
20 圧縮機
21 シリンダ
23 ベーン
25 ロータ
26a、29 窪み
26b 連通穴
27 回転軸
28 延長部
30 フロントサイドブロック
31、41 支持穴
33 フィン
35 貫通穴
36 吸入口
38 貫通穴
40 リヤサイドブロック
43 連通路
44 凹部
48 サイクロンブロック
49 オイルセパレータ
50 吸入室
51、52 空間
53 吐出室
54 冷媒通路(流通路)
100 取り付け部
111、111’ パワー半導体モジュール
113 パワー半導体素子
60 取り付け面
61 ケーシング
62 圧縮機構
65 外部冷媒回路
68 ヒートシンク
Claims (6)
- 流体を圧縮する圧縮機と、ステータ及び回転子を有し前記圧縮機を駆動するモータと、前記圧縮機および前記モータを収納するケーシングとを備え、
前記モータは、前記圧縮機と直列に前記ケーシング内に収納されるとともに、前記モータのステータは前記ケーシング内に固定され、前記モータの回転子は前記圧縮機の回転軸に連結され、前記ステータ内で回転可能に支持され、前記ケーシングには、前記モータのステータを挟んで前記圧縮機と反対側に吸入口が設けられている電動圧縮機において、
前記ケーシングのモータが固定されたモータ部の外側壁に取り付け部を設けるとともに、該取り付け部に前記モータを駆動するパワー半導体モジュールを取り付け、
前記ケーシングにおける前記取り付け部と内側壁の間には、前記吸入口と前記圧縮機をつなぐ流体の連通路を形成したことを特徴とする電動圧縮機。 - 前記ケーシングの内側壁に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、前記窪みと前記ステータの外周面とで形成される空間を、前記連通路としたことを特徴とする請求項1記載の電動圧縮機。
- 前記取り付け部を平面形状とし、該取り付け部と前記内側壁の間に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に延びる連通穴を形成し、該連通穴を、前記吸入口側と前記圧縮機側で、前記内側壁にそれぞれ開口させ、当該開口させた連通穴を前記連通路としたことを特徴とする請求項1または2記載の電動圧縮機。
- 前記吸入口は、前記取り付け部に隣接し前記窪みまたは前記連通穴の近傍に配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載の電動圧縮機。
- 前記ケーシングの内側壁において、円周方向に前記取り付け部から離れた位置に、軸方向に前記ステータの両端面より外方に伸びる窪みを形成し、前記窪みと前記ステータの外周面とで形成される空間が、前記モータを挟んで、前記吸入口と前記圧縮機をつなぐ流体の第2の連通路を形成したことを特徴とする請求項1から4のいずれか1に記載の電動圧縮機。
- 前記ケーシングの外側壁において、円周方向に前記取り付け部から離れた位置にフィンを形成したことを特徴とする請求項1から5のいずれか1に記載の電動圧縮機。
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