JP3802477B2 - 車両用インバータ横設型電動コンプレッサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電動コンプレッサに関し、特に車両用インバータ横設型電動コンプレッサの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アイドルストップ時の空調維持などのためにコンプレッサを電動駆動する車両用電動コンプレッサにおいて、バッテリ電力を直交変換するとともにモータを制御するモータ制御装置（以下、単にインバータとも称する）を電動コンプレッサと一体化することが、特許文献１等に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２ー５０２４号公報
【０００４】
この公報の車両用インバータ一体型電動コンプレッサでは、インバータはモータハウジング及び圧縮機ハウジングの外周壁部に固定されており、以下、この構造を以下、インバータ横設型電動コンプレッサとも呼ぶものとする。
【０００５】
このインバータ横設型電動コンプレッサでは、多芯の通信ケーブルによりインバータ（すなわちモータ制御装置）と外部の電子制御装置（ECU)とを接続する必要があり、同様にパワーケーブルによりバッテリとインバータとを接続する必要があるが、この電動コンプレッサの組み付け、交換、修理を容易化するために、これらパワーケーブルや通信ケーブルとインバータ（モータ制御装置）とはコネクタ結合することが最適である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の車両用インバータ横設型電動コンプレッサは、定置型の電動コンプレッサとは異なって、コネクタ結合部に作用する振動や衝撃が格段に大きいために、コネクタの端子の電気接触性が悪化する可能性がある他、この車両用インバータ横設型電動コンプレッサが通常構造では下方に開口するエンジンルームに収容されているため、飛沫状の泥水や塩水などが地面から上方あるいは斜め上方へ飛来して電動コンプレッサのコネクタ部分に被着し、コネクタ結合の電気絶縁性を悪化させる可能性があった。
【０００７】
もちろん、この問題に対処するために自動車用として耐振性及び防水性に関して特別に考慮されたコネクタを採用することができるが、構造が複雑となり、大型化し、コストアップとなるという問題が派生する。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、耐衝撃性及び耐水性に優れた車両用インバータ横設型電動コンプレッサを提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の記載の車両用インバータ横設型電動コンプレッサは、冷凍サイクル装置の一部をなすコンプレッサ部と、前記コンプレッサ部と一体に結合されて前記コンプレッサ部を駆動するモータ部と、前記コンプレッサ部および前記モータ部を格納するハウジングと、所定個数の電力スイッチング素子を有して前記直流電力を多相交流電力に変換して前記モータ部へ給電するインバータ回路部と、前記ハウジングの外周壁に固定されて前記ハウジングの前記外周壁とともに前記インバータ回路部を密閉するインバータケースと、外部バッテリから前記インバータ回路部に給電するパワーケーブルの先端部に設けられたケーブル側パワーコネクタが脱着可能に接続されるモータ側パワーコネクタと、外部電子装置と前記インバータ回路部との通信経路を構成する通信ケーブルの先端部に設けられたケーブル側通信コネクタが脱着可能に接続されるモータ側通信コネクタとを備える車両用インバータ横設型電動コンプレッサにおいて、
前記モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタは、前記ハウジングの外周壁の上端部分に固定された前記インバータケースの上端面から更に上方へ突設されていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタが、電動コンプレッサのハウジングの上に固定されたインバータケースから更に上方へ突出する構造を採用しているので、簡素な防水構造のコネクタを採用した場合や、あるいは経時的にコネクタの耐水性が劣化した場合であっても、雨中又は降雨直後の走行時に飛沫状の泥水や塩水などの有害液が地面から上方あるいは斜め上方へ飛来しても、これらの飛沫は電動コンプレッサのハウジングやインバータケースに遮られてこれらコネクタに到達することがなく、コネクタの嵌合部分から内部に侵入して、この部分の電気絶縁性、特にコネクタの端子間電気絶縁性を低下させるのを良好かつ簡素に防止することができる。また、車両が水中深く沈んだ場合でも、コネクタが電動コンプレッサ中最も上方に位置するため、コネクタにおける対地電気絶縁性の低下や端子間電気絶縁性の低下を良好に防止することができる。
【００１１】
本発明の車両用インバータ横設型電動コンプレッサの好適態様において、前記インバータ回路部は、前記ハウジングの前記外周壁に固定される前記電力スイッチング素子と、前記電力スイッチング素子を制御する制御回路を有して前記電力スイッチング素子の上方に配置される制御回路基板と、前記モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタと前記電力スイッチング素子又は前記制御回路とを接続するバスバーとを有し、
前記インバータケースは、前記ハウジングの前記外周壁と一体に形成されて前記電力スイッチング素子を囲みつつ上方へ開口する金属製の基枠部と、前記基枠部に固定されて前記制御回路基板を囲みつつ上方へ開口する樹脂製の樹脂枠部と、前記樹脂枠部の上端開口を閉鎖する蓋板部とを有し、
前記モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタは、前記バスバーの先端部により構成されて略垂直に立設される接続端子と、前記ケーブル側パワーコネクタ及びケーブル側通信コネクタを略垂直方向挿抜可能に前記樹脂枠部と一体に形成される樹脂体部とを有する。
【００１２】
このようにすれば、モータ側のコネクタの端子とケーブル側のコネクタの端子とは、略垂直方向摺動可能に略水平方向に接面するので、他の端子接続状態よりも格段に耐振性が向上することがわかった。
【００１３】
以下、更に詳しく説明する。
【００１４】
この車両用インバータ横設型電動コンプレッサでは、コネクタの端子は車両側から大きな振動や衝撃を受ける。これらの振動や衝撃は、コネクタの端子に作用してそれを曲げようとする。すなわち、コネクタの端子はコネクタの樹脂体部に一端支持されているために、その先端部には上記振動や衝撃により曲げ応力が作用する。
【００１５】
次に、インバータ（モータ制御装置）のバスバーを支持する樹脂枠部とモータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタの樹脂体部とを一体に形成し、更にバスバーの先端部をコネクタの端子とすることにより構造、製造を簡素化する構造が非常に好適である。ところが、バスバーを構成する導電部材は費用や電気抵抗低減の点で軟質金属材料（通常は銅又は銅合金）を用いて製造されるため、コネクタの端子も同じく軟質金属材料により形成され、その結果、コネクタの端子は上記振動や衝撃により容易に曲がる。この問題は、非常に細い通信用コネクタの端子において特に顕著となる。
【００１６】
本発明者らは、この問題を研究した結果、電動コンプレッサのコネクタにに対する影響が最も大きいのは、上下振動であることを突き止めた。すなわち、車両が走行する時、路面の凹凸などにより車体は上下に振動し、このような上下振動はショックアブソーバなどにより多少緩和されるものの悪路走行においては頻繁に生じる。その結果、車両特有のこの上下振動はエンジンブロック、それに固定される電動コンプレッサを通じてモータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタに伝達され、それらの端子を上下に振動させる。振動による端子に作用する力が弾性限界範囲内であれば問題はないが、大きな路面窪みに車輪が高速で落ちたりすると、コネクタの端子には強い略垂直方向の突き上げが生じ、端子の固定姿勢によってはそれは大きな端子曲げ力となる。
【００１７】
この問題を解決するために、この発明ではコネクタの端子を略垂直方向へ突出させる構造を採用した。このようにすれば、モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタの各端子と、ケーブル側パワーコネクタ及びケーブル側通信コネクタの各端子は略垂直方向に摺動可能に接触することになるため、車輪が窪みに落ちてコネクタの端子が強く略垂直方向に突き上げたとしてもコネクタの端子に作用する力は端子の長手方向へ作用し、端子をその樹脂体部に固定される基端部を支点として曲げる力とはならず、コネクタの各端子が曲がって、その機械的強度が低下したり、隣接する他の端子に接触したりすることがないので、コネクタの小型化及び端子の細線化を、モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタの各端子とケーブル側パワーコネクタ及びケーブル側通信コネクタの各端子との電気接触性を低下させることなく、実現することができる。
【００１８】
なお、上記した略垂直方向とは、垂直方向を中心として１０度以内の傾斜を公差範囲として許容するものとする。
【００１９】
本発明の車両用インバータ横設型電動コンプレッサの好適な態様において、前記ハウジング又は前記基枠部は、前記電動コンプレッサの軸方向と直角かつエンジンと反対側にて側方へ前記樹脂枠部よりも突出する突出部を有しているので、インバータ回路部の対衝突安全性を大幅に向上することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した車両用インバータ横設型電動コンプレッサの好適な実施態様を図面を参照して説明する。なお、各図において、部材やラインの適宜省略を行っている。
【００２１】
【実施例１】
実施例１の車両用インバータ横設型電動コンプレッサを図１〜図３に示す。図１は、この電動コンプレッサの斜視図、図２は、その軸方向リヤ側からみた正面図、図３は分解斜視図である。
【００２２】
（全体構成）
１は、車両空調用の冷凍サイクル装置の一部をなすコンプレッサ部ｃの外郭をなす圧縮機ハウジング（本発明でいうハウジング）、２はコンプレッサ部を駆動するモータ部ｍの外郭をなすモータハウジング（本発明でいうハウジング）、３は、三相同期モータからなるモータ部ｍを駆動制御するモータ制御装置（本発明でいうインバータ回路部）である。モータハウジング２は、完全密閉型とされている。
【００２３】
両ハウジング１、２は軸方向に隣接して配置され、締結ボルト３により同軸に結合され、全体としていわゆる電動コンプレッサを構成している。モータハウジング２の周壁外周面の上端部分には、モータハウジング２と一体にアルミダイキャスト成形されて左右方向に張り出した台座部４が形成されている。台座部４は、上方から俯瞰して略正方形に形成されており、本発明で言うインバータケースの基枠部を構成している。台座部４の頂面すなわち上端面は水平方向に平坦な台座面となっている。５〜７は、モータハウジング２を不図示のエンジンブロックに締結するボルトを挿入するための貫通孔である。
【００２４】
インバータ回路部３は、上記した台座部４と、この台座部４の上記台座面に着座する樹脂枠部８と、この樹脂枠部８の上端開口を遮蔽する蓋板部９とからなるインバータケースに内蔵されている。樹脂枠部８の上面には、インバータ回路部３に給電するためのモータ側パワーコネクタ１０と、インバータ回路部３と外部との交信を可能とするためのモータ側通信コネクタ１１とが垂直に立設されている。樹脂枠部８は台座部４にねじ１２により締結され、蓋板部９は樹脂枠部８に接着固定されて樹脂枠部８の上端開口を閉鎖し、インバータ回路部３を密閉している。
【００２５】
インバータ回路部３を図３を参照して説明する。
【００２６】
インバータ回路部３は、三相インバータ回路の各相の上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを構成する６つのパワーＭＯＳトランジスタモジュール（電力スイッチング素子）３１と、不図示の平滑コンデンサと、各パワーＭＯＳトランジスタモジュール（電力スイッチング素子）３１をスイッチング制御するための制御回路部３２とを有しており、樹脂枠部８とインサート成形で一体製造された多数のバスバー３３、３４からなる配線とを有している。
【００２７】
各パワーＭＯＳトランジスタモジュール３１は絶縁フィルムｃを通じて台座部４上に締結されており、各パワーＭＯＳトランジスタモジュール３１の出力端子（交流側主電極端子）は図示しない出力ケーブルによりモータ部ｍのステータコイル（図示せず）に接続されている。各パワーＭＯＳトランジスタモジュール３１の入力端子（直流側主電極端子）は、上記したバスバー３３を通じてモータ側パワーコネクタ１０内の端子に達し、各パワーＭＯＳトランジスタモジュール３１の制御端子や検出端子は、制御回路部３２に達している。
【００２８】
制御回路部３２は、プリント基板に搭載された多数の電子回路素子からなるが、図３においてはプリント基板だけを図示し、それに実装されている上記電子回路素子の図示を省略している。このプリント基板は、ねじにより樹脂枠部８に固定され、各パワーＭＯＳトランジスタモジュール３１の端子や樹脂枠部８から突出するバスバー３３はこのプリント基板に設けた貫通孔（図示せず）を挿通し、半田付けされている。
【００２９】
モータ側通信コネクタ１１の樹脂体部１１０及びモータ側パワーコネクタ１０の樹脂体部１００は樹脂枠部８と一体に樹脂成形されており、モータ側通信コネクタ１１の端子は、バスバー３４の一端部により構成されている。
【００３０】
モータ側通信コネクタ１１の一部断面を図４に示す。
【００３１】
モータ側通信コネクタ１１は、上記したように、バスバー３４の一端部からなる端子１１１を有している。２０は、このモータ側通信コネクタ１１と嵌合するケーブル側通信コネクタである。ケーブル側通信コネクタ２０は、モータ側通信コネクタ１１の各端子（２本のみ図示）１１１と個別に接触する端子２０１を有している。この実施例では、端子２０１は角棒形状の端子１１１が挿入可能な角筒状に形成されている。
【００３２】
ケーブル側通信コネクタ２０は下方へ降下してモータ側通信コネクタ１１と嵌合し、端子１１１は端子２０１内に挿入される。同じく、図示しないケーブル側パワーコネクタも下方に降下してモータ側パワーコネクタ１０と嵌合摺る。
【００３３】
このようにすれば、次の効果を実現することができる。
【００３４】
まず、モータ側パワーコネクタ１０及びモータ側通信コネクタ１１が、モータハウジング２の外周壁の上端部分に固定された樹脂枠部（インバータケース）の上端面から更に上方へ突設されているので、簡素な防水構造のコネクタを採用した場合や、あるいは経時的にコネクタの耐水性が劣化した場合であっても、雨中又は降雨直後の走行時に飛沫状の泥水や塩水などの有害液が地面から上方あるいは斜め上方へ飛来しても、これらの飛沫は電動コンプレッサのハウジングやインバータケースに遮られてこれらコネクタに到達することがなく、これら飛沫がコネクタの嵌合部分から内部に侵入して、この部分の電気絶縁性、特にコネクタの端子間電気絶縁性を低下させるのを良好かつ簡素に防止することができる。
【００３５】
また、車両が水中深く沈んだ場合でも、コネクタ１０、１１が電動コンプレッサ中最も上方に位置するため、コネクタ１０、１１における対地電気絶縁性の低下や端子間電気絶縁性の低下を良好に防止することができる。
【００３６】
更に、図４に示すように、モータ側通信コネクタ１１の端子１１１とケーブル側通信コネクタ２００の端子２０１とが垂直方向に延在しているので、車両走行中に発生する上下振動により、これら端子が上記延在方向と直角の方向へ曲がったり、もしくはその根本部にて折れたりすることを防止することができる。
【００３７】
更に詳しく説明すると、端子１１１と端子２０１とが嵌合している状態であっても、両者の間には若干の遊びがある。横方向の力や振動が加えられると、端子１１１、２０１は両者一体で、又は単独で横方向へ弾性変形する。端子１１１、２０１は、両者一体の場合には点ｘ、ｙを支点とする両端支持にて弾性変形し、また、上記遊びの分だけ単独で点ｘ、ｙを支点とする一端支持にて弾性変位を行う。したがって、もしも端子１１１、２０１が水平方向に延在している場合には車両走行によって生じる上下振動により、端子１１１、２０１は上下方向すなわち端子１１１、２０１の延在方向と直角方向に加振され、曲がったり、根本から折れたりする力を受けることになる。
【００３８】
これに対して、この実施例のコネクタ構造では、端子１１１、２０１が垂直方向に延在しているために、上記した車両上下振動により端子１１１、２０１に上下方向の振動が加えられても、端子１１１、２０１はその当接面にて摺動するのみであり、端子１１１、２０１に曲げ力が加えられることがない。このため、端子１１１を非常に細く形成することが可能となりモータ側通信コネクタ１１及びケーブル側通信コネクタ２０を小型化することができる。
【００３９】
【実施例２】
他の態様を図５、図６を参照して以下に説明する。図５はその斜視図、図６は軸方向リヤ側からみたその正面図である。
【００４０】
この実施例では、アルミ製のリブ４００を台座部４の一側面の全部にわたって設けたものである。このようにすればエンジンと反対側からの車両衝突に対するインバータ回路部３の安全性を向上することができる。
【００４１】
【実施例３】
他の態様を図７、図８を参照して以下に説明する。図７はその斜視図、図８はその軸方向リヤ側からみた正面図である。
【００４２】
この実施例は、実施例２のリブ４００を所定間隔を隔てて配列された複数の突出部５００にて代替したものであり、実施例２のリブ４００と同様の効果を奏することができる。
（変形態様）
上記リブ４００や突出部５００をモータハウジング２に設けてもよいが、モータハウジング２は樹脂枠部８よりも台座部４の分だけ離れるために、これらリブ４００や突出部５００を台座部４の側面（好適には車両進行側の前面）に設ける場合よりは、樹脂枠部８の対衝突保護効果が小さくなる。
（変形態様）
上記実施例では、電動コンプレッサをエンジンよりも車両前方に配置したが、それに代えて電動コンプレッサをエンジンよりも車両側方へ配置してもよい。この場合には、リブ４００や突出部５００は相手車両がエンジンルームへ側方衝突した場合に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の車両用インバータ横設型電動コンプレッサの斜視図である。
【図２】 図１の電動コンプレッサの軸方向リヤ側からみた正面図である。
【図３】 図１の電動コンプレッサの分解斜視図である。
【図４】 図１の電動コンプレッサのコネクタ嵌合を示す部分模式図である。
【図５】 実施例２の車両用インバータ横設型電動コンプレッサの斜視図である。
【図６】 図５の電動コンプレッサの軸方向リヤ側からみた正面図である。
【図７】 実施例３の車両用インバータ横設型電動コンプレッサの斜視図である。
【図８】 図７の電動コンプレッサの軸方向リヤ側からみた正面図である。
【符号の説明】
ｃ コンプレッサ部
ｍ モータ部
１ コンプレッサハウジング（ハウジング）
２ モータハウジング（ハウジング）
３ モータ制御装置（インバータ回路部）
４ 台座部（基枠部、インバータケース）
８ 樹脂枠部（インバータケース）
９ 蓋板（蓋板部、インバータケース）
１０ モータ側パワーコネクタ
１１ モータ側通信コネクタ
３１ パワーＭＯＳトランジスタモジュール（電力スイッチング素子）
３２ 制御回路部
３３ バスバー
３４ バスバー
１１０ 樹脂体部
１１１ 端子（接続端子）

Claims (3)

1. 冷凍サイクル装置の一部をなすコンプレッサ部と、
   前記コンプレッサ部と一体に結合されて前記コンプレッサ部を駆動するモータ部と、
   前記コンプレッサ部および前記モータ部を格納するハウジングと、
   所定個数の電力スイッチング素子を有して前記直流電力を多相交流電力に変換して前記モータ部へ給電するインバータ回路部と、
   前記ハウジングの外周壁に固定されて前記ハウジングの前記外周壁とともに前記インバータ回路部を密閉するインバータケースと、
   外部バッテリから前記インバータ回路部に給電するパワーケーブルの先端部に設けられたケーブル側パワーコネクタが脱着可能に接続されるモータ側パワーコネクタと、
   外部電子装置と前記インバータ回路部との通信経路を構成する通信ケーブルの先端部に設けられたケーブル側通信コネクタが脱着可能に接続されるモータ側通信コネクタと、
   を備える車両用インバータ横設型電動コンプレッサにおいて、
   前記モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタは、前記ハウジングの外周壁の上端部分に固定された前記インバータケースの上端面から更に上方へ突設されていることを特徴とする車両用インバータ横設型電動コンプレッサ。
2. 請求項１記載の車両用インバータ横設型電動コンプレッサにおいて、
   前記インバータ回路部は、
   前記ハウジングの前記外周壁に固定される前記電力スイッチング素子と、前記電力スイッチング素子を制御する制御回路を有して前記電力スイッチング素子の上方に配置される制御回路基板と、前記モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタと前記電力スイッチング素子又は前記制御回路とを接続するバスバーとを有し、
   前記インバータケースは、
   前記ハウジングの前記外周壁と一体に形成されて前記電力スイッチング素子を囲みつつ上方へ開口する金属製の基枠部と、前記基枠部に固定されて前記制御回路基板を囲みつつ上方へ開口する樹脂製の樹脂枠部と、前記樹脂枠部の上端開口を閉鎖する蓋板部とを有し、
   前記モータ側パワーコネクタ及びモータ側通信コネクタは、
   前記バスバーの先端部により構成されて略垂直に立設される接続端子と、前記ケーブル側パワーコネクタ及びケーブル側通信コネクタを略垂直方向挿抜可能に前記樹脂枠部と一体に形成される樹脂体部とを有することを特徴とする車両用インバータ横設型電動コンプレッサ。
3. 請求項２記載の車両用インバータ横設型電動コンプレッサにおいて、
   前記ハウジング又は前記基枠部は、前記電動コンプレッサの軸方向と直角かつエンジンと反対側にて側方へ前記樹脂枠部よりも突出する突出部を有していることを特徴とする車両用インバータ横設型電動コンプレッサ。

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