JP2016148278A - 電動コンプレッサ - Google Patents

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Abstract

【課題】冷媒の吸入量が少ない状態でも吸入冷媒によって電力用スイッチング素子を十分に冷却する。
【解決手段】吸入ポート11cから吸入されて吸入冷媒通路13を通過する冷媒により、吸入冷媒通路13の裏側の当接部11iに当接させた電力用スイッチング素子9bを冷却する際に、圧縮室7aから吸入室7bに流入した高温の高圧冷媒が吸入冷媒通路13に逆流するのを逆止弁15で阻止する。このため、吸入冷媒通路13内に低温の低圧冷媒が常に存在するようにして、吸入冷媒通路13内の冷媒により電力用スイッチング素子9bを効率よく冷却することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、冷媒を圧縮する冷凍サイクル用のコンプレッサに係り、特に、電動モータを動力源とする電動コンプレッサに関する。
冷凍サイクルに用いるコンプレッサは、低温低圧の冷媒を吸入し、圧縮により高温高圧とした冷媒を吐出する。コンプレッサの中には、冷媒の圧縮機構の動力源として電動モータを有する電動コンプレッサがあり、電動コンプレッサでは、インバータにより電源からの直流電力を交流に変換して電動モータに供給する駆動回路が設けられる。
インバータは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 、電界効果トランジスタ)等の電力用スイッチング素子を有している。
電力用スイッチング素子は、スイッチングの際の損失(スイッチング損失)によって発熱する。この発熱により電力用スイッチング素子の温度が耐熱温度を超えるまで上昇すると、電力用スイッチング素子が損傷してしまう。そこで、圧縮機構と駆動回路の各収容空間を仕切る壁の各面に沿って、低温低圧の吸入冷媒の流路と電力用スイッチング素子とをそれぞれ配置し、吸入冷媒によって仕切壁を介して電力用スイッチング素子を冷却することが従来から提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2007−224809号公報
ところが、電動コンプレッサの停止中には吐出側の高圧冷媒が吸入側に流入するので、上述した提案の技術では、電力用スイッチング素子が最も発熱する電動コンプレッサの起動時には、吐出側から吸入側に流入した高温の高圧冷媒が吸入冷媒の流路に到達していて、電力用スイッチング素子を十分に冷却できない状態になってしまっている可能性がある。
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、吸入冷媒の流路の冷媒によって電力用スイッチング素子を十分に冷却することができる電動コンプレッサを提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1に記載した本発明の電動コンプレッサは、
冷媒の圧縮機構を電動モータで駆動する電動コンプレッサにおいて、
前記圧縮機構及び電動モータが収容された本体ハウジングと、
前記電動モータの駆動回路が収容され、仕切壁によって前記本体ハウジングと仕切られた回路ハウジングと、
前記本体ハウジングに露出する前記仕切壁の一方の面に設けられ、前記本体ハウジングの外部から吸入ポートを経て流入した冷媒が冷媒出口を通過して前記本体ハウジングの内部に吸入される吸入冷媒通路と、
前記吸入冷媒通路内に設けられ、前記冷媒出口から前記吸入ポートに向かう前記吸入冷媒通路内での冷媒の逆流を阻止する逆止弁と、
前記回路ハウジングに露出する前記仕切壁の他方の面のうち、前記吸入冷媒通路の前記逆止弁よりも前記吸入ポート側の部分に対向する当接箇所に当接された電力用スイッチング素子と、
を備えることを特徴とする。
また、請求項2に記載した本発明の電動コンプレッサは、請求項1に記載した本発明の電動コンプレッサにおいて、前記逆止弁は、前記吸入冷媒通路の冷媒通過方向に沿って移動可能な弁体と、該弁体が前記冷媒出口側から接離する弁座部を有し前記吸入冷媒通路の内周面に固定された弁座部材と、前記弁体を前記弁座部に当接する閉弁方向に付勢するバネとを有しており、前記弁座部材は、前記冷媒通過方向において、前記内周面のうち前記弁座部材よりも前記吸入ポート側の部分を露出させる寸法で形成されていることを特徴とする。
さらに、請求項3に記載した本発明の電動コンプレッサは、請求項1に記載した本発明の電動コンプレッサにおいて、前記逆止弁は、前記吸入冷媒通路の冷媒通過方向に沿って移動可能な弁体と、該弁体が前記冷媒出口側から接離する弁座部を有し前記吸入冷媒通路の内周面に固定された弁座部材と、前記弁体を前記弁座部に当接する閉弁方向に付勢するバネとを有しており、前記弁座部材は、前記内周面のうち前記弁座部材よりも前記吸入ポート側の部分を露出させる開口部を有していることを特徴とする。
また、請求項4に記載した本発明の電動コンプレッサは、請求項1、2又は3に記載した本発明の電動コンプレッサにおいて、前記仕切壁のうち前記吸入冷媒通路を設けた部分の壁厚は、前記仕切壁のうち前記吸入冷媒通路の周縁部の壁厚よりも小さい寸法であることを特徴とする。
本発明によれば、仕切壁の一方の面のうち仕切壁の他方の面における電力用スイッチング素子の当接箇所に対向する部分に吸入冷媒通路が設けられ、吸入ポートから流入して冷媒出口に向けて吸入冷媒通路を通過する低温の低圧冷媒によって、当接箇所に当接させた電力用スイッチング素子が仕切壁を介して冷却される。
ここで、電動コンプレッサが停止して冷媒出口から吸入冷媒通路に流入しようとする本体ハウジングの内部の高温の高圧冷媒は、逆止弁によって吸入冷媒通路への流入を阻止される。このため、吸入冷媒通路のうち電力用スイッチング素子の当接箇所に対向する部分には、常に、吸入ポートから流入した低温の低圧冷媒が存在することになる。
したがって、電動コンプレッサが停止している間も、仕切壁を介して吸入冷媒通路と対向する当接箇所に当接された電力用スイッチング素子が、吸入冷媒通路の低温の低圧冷媒で冷却されるようにして、吸入冷媒流路の冷媒によって電力用スイッチング素子を十分に冷却することができる。
本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの一部切欠正面図である。 図1のインバータケースの蓋部側から見た側面図である。 図1のインバータケースの回路収容部側から見た側面図である。 図2の吸入冷媒通路内に設けられた逆止弁の構成を模式的に示す説明図である。 図1のインバータケースの蓋部側から見た側面図である。 (a)〜(c)は図4の逆止弁の具体的な構成例を示す説明図である。 図2の吸入冷媒通路の付近における仕切壁の壁厚を示す要部拡大断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの概略構成を示す一部切欠正面図、図2及び図3は図1に示すインバータケースの側面図である。図1に示す本実施形態の電動コンプレッサ1は、圧縮機構3を電動モータ5で駆動して冷媒を圧縮するものである。
そして、図1に示すように、本実施形態の電動コンプレッサ1は、圧縮機構3及び電動モータ5の他、これらが収容されるハウジング7(請求項中の本体ハウジングに相当)と、電動モータ5の駆動回路であるインバータ回路9(請求項中の駆動回路に相当)が収容されるインバータケース11とを有している。
圧縮機構3は、一対のサイドブロック3a,3bと、これらによって挟持されたシリンダブロック3cと、シリンダブロック3cの内部に形成された楕円形のシリンダ室3dに収容した円柱状のロータ3eとを有している。ロータ3eの周面には、複数のベーン(図示せず)が出没可能に支持されている。
ロータ3eが電動モータ5によりシリンダ室3d内で回転されると、ロータ3eの各ベーンがシリンダ室3dの内周面に倣って出没し、ロータ3eと隣り合う2つのベーンとシリンダ室3dとで構成される空間の容積が変化する。そして、空間の容積が増加する間に、サイドブロック3aに形成した吸入口(図示せず)を通じて低圧の冷媒が吸入され、吸入された冷媒が、空間の容積の減少に伴い圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、サイドブロック3bに形成した吐出口(図示せず)から吐出される。
ハウジング7は、一端が閉塞された円筒状を呈している。このハウジング7には圧縮機構3が収容されており、収容された圧縮機構3によりハウジング7の内部は、サイドブロック3bが露出する閉塞側の密閉された吐出室7aと、サイドブロック3aが露出する開口側の吸入室7bとに仕切られている。吸入室7bには電動モータ5が収容されており、吸入室7bは、ハウジング7の開口7cに取り付けたインバータケース11によって密閉されている。
インバータケース11は、ハウジング7の開口7cを塞いで吸入室7bを密閉する蓋部11aと、蓋部11aが密閉した吸入室7b(ハウジング7)の外側に配置されてインバータ回路9が収容される回路収容部11b(請求項中の回路ハウジングに相当)とを有している。
蓋部11aは、図2に示すように、ハウジング7の開口7cを塞いだ状態でハウジング7の外部と吸入室7bと連通する吸入ポート11cと、吸入室7bと回路収容部11bとを仕切る仕切壁11dとを有している。吸入ポート11cは、電動コンプレッサ1の外部(例えば、冷凍サイクルの蒸発器)から、圧縮機構3によって圧縮する低温低圧の冷媒を吸入室7bに吸入するポートであり、仕切壁11dの吸入室7bに露出する面11e(請求項中の一方の面に相当)に一体に形成されている。
回路収容部11bは、図3に示すように、仕切壁11dを底部とする有底の円筒状を呈している。回路収容部11bに露出する仕切壁11dの面11f(請求項中の他方の面に相当)には、図1に示すように、インバータ回路9の回路基板9aが固定される。回路収容部11bは、その開口11gに取り付けたキャップ11hによって密閉される。
回路基板9aには、インバータ回路9を構成するIGBTやMOSFET等の電力用スイッチング素子9bが実装されており、その筐体は、仕切壁11dの面11fに形成した厚肉の当接部11i(請求項中の当接箇所に相当)に面接触されている。
なお、本実施形態では、仕切壁11dの面11fとの間に大きな間隔を設けて回路基板9aの放熱性を向上させつつ、電力用スイッチング素子9bを仕切壁11dの面11fに接触可能とするために、当接部11iを仕切壁11dの他の部分よりも厚肉とした。しかし、当接部11iを仕切壁11dの他の部分と同じ厚肉として、電力用スイッチング素子9bを当接させてもよい。
仕切壁11dの当接部11iを設けた面11fとは反対側の面11eには、吸入冷媒通路13が形成されている。吸入冷媒通路13は、吸入ポート11cを通過した電動コンプレッサ1の外部(例えば、冷凍サイクルの蒸発器)からの冷媒を、蓋部11aによって密閉された吸入室7bに導く通路である。
吸入冷媒通路13は、図2に示すように、吸入ポート11cを通過した冷媒が、吸入室7bに露出する仕切壁11dの面11eに開口した出口13a(請求項中の冷媒出口に相当)に向けて通過する通路である。この吸入冷媒通路13内には逆止弁15が設けられている。
逆止弁15は、出口13aから吸入ポート11cに向かう吸入冷媒通路13内での冷媒の逆流を阻止するもので、図4の説明図に模式的に示すように、弁体15a、弁座部材15b及びバネ15dを有している。
弁体15aは、吸入冷媒通路13の内径よりも小さい外径の円柱状を呈しており、吸入ポート11cから出口13aに向かう吸入冷媒通路13内での冷媒の通過方向Aに沿って移動可能に構成されている。
弁座部材15bは、弁体15aの外径よりも小さい内径の円筒状に形成されている。この弁座部材15bは、中心軸方向を冷媒の通過方向Aに向けて、弁体15aよりも吸入ポート11c側から吸入冷媒通路13に圧入されて、出口13aよりもわずかに吸入ポート11c側の箇所で、吸入冷媒通路13の内周面13bに固定されている。吸入ポート11cから吸入冷媒通路13に流入して出口13aに向かう冷媒は、弁座部材15bの内部を通過する。
バネ15dは、弁体15aを挟んで弁座部材15bとは反対側に配置されている。このバネ15dは、吸入冷媒通路13の出口13a側に位置する弁座部材15bの端面で構成される弁座部15cに当接する閉弁方向に弁体15aを付勢する。
このように構成された逆止弁15は、電動コンプレッサ1の動作中に、圧縮機構3に冷媒が吸入された吸入室7bの冷媒圧が下がることで、バネ15dの付勢力に抗して弁体15aが移動することで開弁され、吸入ポート11cから吸入冷媒通路13に流入した冷媒が出口13aから吸入室7bに流入するのを許容する。このとき、弁体15aは吸入冷媒通路13の出口13aに対して、図2に示すような位置関係となる。
また、逆止弁15は、電動コンプレッサ1の停止中には、バネ15dの付勢力により弁体15aが弁座部材15bの弁座部15cに当接されて閉弁される。このとき、弁体15aは吸入冷媒通路13の出口13aに対して、図5の側面図に示すような位置関係となる。
そして、電動コンプレッサ1の停止中に、例えば、圧縮室7aから流入した高温の高圧冷媒により吸入室7bの圧力が上昇すると、その圧力は閉弁状態の弁体15aを弁座部材15bの弁座部15cに当接させる力として作用する。このため、弁体15aが閉弁状態に保持され、逆止弁15は、吸入室7bから吸入冷媒通路13に出口13aを介して高温の高圧冷媒が逆流するのを阻止する。
ところで、逆止弁15が上述した機能を果たすためには、弁体15aに閉弁方向の強い力が加わっても、弁座部材15bの弁座部15cが吸入冷媒通路13内の出口13a付近の位置に固定されている必要がある。これを実現するための具体的な構成として、例えば、図6(a)〜(c)の説明図に示すような構成が考えられる。
まず、図6(a)に示す逆止弁15のように、中心軸方向における弁座部材15bの寸法を、弁体15aの閉弁位置と冷媒チューブ17の先端17aとの間隔と同じにし、吸入ポート11cに固定した冷媒チューブ17の先端で弁座部材15bを押さえつける構成としてもよい。
また、図6(b)に示す逆止弁15のように、冷媒チューブ17の先端17aを弁座部材15bに当接するまで吸入冷媒通路13内に延出させて、吸入ポート11cに固定した冷媒チューブ17の先端で弁座部材15bを押さえつける構成としてもよい。
さらに、図6(c)に示す逆止弁15のように、吸入冷媒通路13の途中に段差部13cを形成し、吸入ポート11c側とは反対側(出口13a側)から吸入冷媒通路13に弁座部材15bを段差部13cに突き当たるまで圧入する構成としてもよい。
その場合は、弁座部材15bを吸入冷媒通路13に圧入するための開口13dを吸入冷媒通路13に形成し、弁座部材15b、弁体15a、バネ15dを吸入冷媒通路13に順次収容した後に、開口13dを封止部材13eで封止する必要がある。
上述した構成の逆止弁15を内部に設けた吸入冷媒通路13には、吸入ポート11cに嵌合された冷媒チューブ17よりも出口13a側に、内周面13bが露出した部分を設けることが望ましい。例えば、図4の逆止弁15では、中心軸方向における弁座部材15bの寸法を短くし、冷媒チューブ17の先端17aと弁座部材15bとの間に広い間隔を空けることで、吸入冷媒通路13の内周面13bを露出させることができる。
また、図6(a)の逆止弁15のように、弁座部材15bの周面に貫通窓15eを形成しても、貫通窓15eを介して吸入冷媒通路13の内周面13bを露出させることができる。なお、図6(a)では貫通窓15eを複数形成した場合を示しているが、貫通窓15eの数は1つでもよい。
このようにして吸入冷媒通路13の内周面13bを露出させると、内周面13bには、吸入ポート11cから吸入冷媒通路13に流入して出口13aに向かう低温の低圧冷媒が常に触れる。仮に、圧縮室7aから吸入室7bに高温の高圧冷媒が流入しても、逆止弁15が出口13a付近で吸入冷媒通路13への流入を阻止するので、吸入冷媒通路13の内周面13bに高温の高圧冷媒が触れることはない。
そして、本実施形態では、吸入冷媒通路13内に図4の逆止弁15を設けて、吸入冷媒通路13の内周面13bを露出させている。吸入冷媒通路13の内周面13bを露出させた部分は、図3に示すように、電力用スイッチング素子9bが当接する仕切壁11dの面11f上の当接部11iの真裏に位置する。つまり、電力用スイッチング素子9bは、吸入冷媒通路13の内周面13bが露出した部分に対向する当接部11iに当接されている。
したがって、電力用スイッチング素子9bは、吸入ポート11cから出口13aに向かって吸入冷媒通路13を通過する低温の低圧冷媒から、吸入冷媒通路13の内周面13b及び仕切壁11dを経て当接部11iに伝わる熱によって冷却される。
ここで、冷媒の通過方向Aと直交する方向における仕切壁11dの要部拡大断面図である図7に示すように、仕切壁11dのうち吸入冷媒通路13を形成した部分の壁厚、つまり、吸入冷媒通路13の内周面13bと仕切壁11dの面11f上の当接部11iとの壁厚xは、仕切壁11dの吸入冷媒通路13の周縁部における壁厚yよりも小さい。
即ち、仕切壁11dは吸入室7bと回路収容部11bとの差圧に耐え得る強度を必要とし、それに応じた壁厚yを持たせる必要がある。但し、吸入冷媒通路13を形成した部分では、吸入冷媒通路13を構成する枠体が補強機能を有することから、仕切壁11dの吸入冷媒通路13を形成した部分の壁厚xは、吸入冷媒通路13の周縁部における壁厚yより薄くしても、必要な強度を維持することができる。
そして、吸入冷媒通路13の内周面13bと仕切壁11dの面11f上の当接部11iとの壁厚xが、仕切壁11dの吸入冷媒通路13の周縁部における壁厚yよりも薄いことから、吸入冷媒通路13の内周面13bから仕切壁11dの当接部11iへの熱伝達効率が高まり、電力用スイッチング素子9bの冷却効率が向上する。
このように、本実施形態の電動コンプレッサ1によれば、吸入ポート11cから吸入されて吸入冷媒通路13を通過する冷媒により、吸入冷媒通路13の裏側の当接部11iに当接させた電力用スイッチング素子9bを冷却する際に、圧縮室7aから吸入室7bに流入した高温の高圧冷媒が吸入冷媒通路13に逆流するのを逆止弁15で阻止する構成とした。このため、吸入冷媒通路13内に低温の低圧冷媒が常に存在するようにして、吸入冷媒通路13内の冷媒により電力用スイッチング素子9bを効率よく冷却することができる。
なお、本実施形態では、ハウジング7の開口7cを塞ぐ蓋部11aをインバータケース11に設け、吸入室7bに吸入する冷媒の吸入ポート11cや吸入冷媒通路13を蓋部11aに設ける場合を例に取って説明した。しかし、吸入ポート11cや吸入冷媒通路13のうち一方又は両方をハウジング7側に設ける構成としてもよい。
本発明は、冷媒の圧縮機構を電動モータで駆動する電動コンプレッサにおいて利用することができる。
1 電動コンプレッサ
3 圧縮機構
3a,3b サイドブロック
3c シリンダブロック
3d シリンダ室
3e ロータ
5 電動モータ
7 ハウジング(本体ハウジング)
7a 吐出室
7b 吸入室
7c 開口
9 インバータ回路(駆動回路)
9a 回路基板
9b 電力用スイッチング素子
11 インバータケース
11a 蓋部
11b 回路収容部(回路ハウジング)
11c 吸入ポート
11d 仕切壁
11e 仕切壁面(一方の面)
11f 仕切壁面(他方の面)
11g 回路収容部開口
11h キャップ
11i 当接部(当接箇所)
13 吸入冷媒通路
13a 出口(冷媒出口)
13b 内周面
13c 段差部
13d 開口
13e 封止部材

Claims (4)

  1. 冷媒の圧縮機構(3)を電動モータ(5)で駆動する電動コンプレッサ(1)において、
    前記圧縮機構(3)及び電動モータ(5)が収容された本体ハウジング(7)と、
    前記電動モータ(5)の駆動回路(9)が収容され、仕切壁(11d)によって前記本体ハウジング(7)と仕切られた回路ハウジング(11b)と、
    前記本体ハウジング(7)に露出する前記仕切壁(11d)の一方の面(11e)に設けられ、前記本体ハウジング(7)の外部から吸入ポート(11c)を経て流入した冷媒が冷媒出口(13a)を通過して前記本体ハウジング(7)の内部に吸入される吸入冷媒通路(13)と、
    前記吸入冷媒通路(13)内に設けられ、前記冷媒出口(13a)から前記吸入ポート(11c)に向かう前記吸入冷媒通路(13)内での冷媒の逆流を阻止する逆止弁(15)と、
    前記回路ハウジング(11b)に露出する前記仕切壁(11d)の他方の面(11f)のうち、前記吸入冷媒通路(13)の前記逆止弁(15)よりも前記吸入ポート(11c)側の部分に対向する当接箇所(11i)に当接された電力用スイッチング素子(9b)と、
    を備えることを特徴とする電動コンプレッサ(1)。
  2. 前記逆止弁(15)は、前記吸入冷媒通路(13)の冷媒通過方向(A)に沿って移動可能な弁体(15a)と、該弁体(15a)が前記冷媒出口(13a)側から接離する弁座部(15c)を有し前記吸入冷媒通路(13)の内周面(13b)に固定された弁座部材(15b)と、前記弁体(15a)を前記弁座部(15c)に当接する閉弁方向に付勢するバネ(15d)とを有しており、前記弁座部材(15b)は、前記冷媒通過方向(A)において、前記内周面(13b)のうち前記弁座部材(15b)よりも前記吸入ポート(11c)側の部分を露出させる寸法で形成されていることを特徴とする請求項1記載の電動コンプレッサ(1)。
  3. 前記逆止弁(15)は、前記吸入冷媒通路(13)の冷媒通過方向(A)に沿って移動可能な弁体(15a)と、該弁体(15a)が前記冷媒出口(13a)側から接離する弁座部(15c)を有し前記吸入冷媒通路(13)の内周面(13b)に固定された弁座部材(15b)と、前記弁体(15a)を前記弁座部(15c)に当接する閉弁方向に付勢するバネ(15d)とを有しており、前記弁座部材(15b)は、前記内周面(13b)のうち前記弁座部材(15b)よりも前記吸入ポート(11c)側の部分を露出させる開口部(13c)を有していることを特徴とする請求項1記載の電動コンプレッサ(1)。
  4. 前記仕切壁(11d)のうち前記吸入冷媒通路(13)を設けた部分の壁厚(x)は、前記仕切壁(11d)のうち前記吸入冷媒通路(13)の周縁部の壁厚(y)よりも小さい寸法であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の電動コンプレッサ(1)。
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