JP6237607B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

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Description

この発明は、電動圧縮機に関する。
電動圧縮機は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮部と、圧縮部の駆動源である電動モータと、電動モータを駆動させるための駆動装置としてのインバータ装置とを備えている。インバータ装置には、スイッチング素子をスイッチングすることによって生じるリップル電流の振幅が共振によって大きくなり過ぎないようにするため、ダンピング抵抗を基板上に設けることが知られている。
一方、電動圧縮機は、電動圧縮機自体の駆動による振動のみならず、車両の振動が伝達されることから、電動圧縮機に一体化されているインバータ装置は、常に振動に晒される。
この電動圧縮機に搭載されたインバータ装置の振動対策としては、例えば、特許文献1に開示された車載空調装置用電動圧縮機が知られている。特許文献1に開示された車載空調装置用電動圧縮機では、電動モータと圧縮機構とが内蔵されるハウジングの外周にインバータ収容部を設け、その内部に高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動モータに給電するインバータ装置が収容されている。インバータ装置を構成するパワー回路基板や制御基板は、その各コーナー部分をインバータ収容部内の複数個所に設けられた固定ネジ座面にてビスを介してネジ止めされている。また、制御基板の固定ネジピッチの略中間位置付近及び/又は該制御基板上の大型部品の設置位置付近を支持する固定ネジ座面と同一高さを有する別の台座がインバータ収容部側に少なくとも1箇所以上設けられている。そして、別の台座と制御基板との間に、弾性体が介装されている。
この車載空調装置用電動圧縮機によれば、制御基板を4箇所の固定ネジ座面にネジ止め固定する以外に、少なくとも1箇所以上の別の台座によって支持されているため、車両振動に伴う制御基板の振動や変形(曲げ、撓み)などを抑制することができる。
特開2009−114961公報
しかしながら、特許文献1に開示された車載空調装置用電動圧縮機では、固定ネジ座面と台座は、各々別部材で形成されているため、振動により固定ネジ座面と台座が異なる挙動を示す可能性が高く、固定ネジ座面及び台座に固定される基板は、かえって振動や変形が大きくなってしまうおそれがある。特に、インバータ回路にダンピング抵抗が設けられている場合、ダンピング抵抗が脱落してしまうとインバータ回路に大電流が流れ破損してしまうため、電動圧縮機に搭載されるインバータ回路においては、ダンピング抵抗の脱落防止対策が必要である。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、ダンピング抵抗の脱落が生じない信頼性の高い電動圧縮機の提供にある。
上記の課題を解決するために、請求項1記載の発明は、電動モータと、前記電動モータの駆動により冷媒の圧縮を行う圧縮機構と、前記電動モータと前記圧縮機構とが内蔵されるハウジングと、前記ハウジングの外部に設けられた駆動装置収容部と、前記駆動装置収容部内に配置され、前記電動モータへの電力供給を制御する駆動装置と、を備えた電動圧縮機であって、前記駆動装置は、配線層を複数有する多層基板を有し、前記配線層の少なくとも一層は、ダンピング抵抗を構成する配線パターンを有し、前記駆動装置収容部内には、前記多層基板を締結する締結部が設けられ、前記ダンピング抵抗を構成する配線パターンと前記締結部とは、熱的に結合し、前記締結部は、締結ボルトが螺入されるねじ孔を有し、前記多層基板は、前記締結ボルトが挿通される通孔を有し、前記ダンピング抵抗を構成する配線パターンは、前記通孔との間に他の配線パターンを介さない位置に形成されていることを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、ダンピング抵抗は、多層基板の配線層の少なくとも一層に配線パターンとして形成されているため、振動を受けて基板から脱落することはなく、信頼性の高い電動圧縮機を提供することが可能である。
また、ダンピング抵抗を構成する配線パターンを電流が流れることにより、配線パターンは発熱する。ところで、ダンピング抵抗を構成する配線パターンと締結部とは、熱的に結合しているので、配線パターンで発生した熱は、締結部に伝達され、ハウジングを介して外部に放熱される。このように、締結部を通して放熱できるので、配線パターンの放熱性の改善を図れる。なお、「熱的に結合している」とは、配線パターンと締結部とは物理的には接触していないが、配線パターンと締結部とは熱交換(熱移動)が自由に行われる状態にあることを指す。
また、ダンピング抵抗を構成する配線パターンを通孔に隣接する位置に形成することにより、ダンピング抵抗を構成する配線パターンで発生した熱を締結部を介して外部に速やかに放熱することが可能である。
請求項記載の発明は、請求項1記載の電動圧縮機において、前記配線層は、第1層と当該第1層上に絶縁層を介して積層される第2層とを有し、前記ダンピング抵抗を構成する配線パターンは、前記第1層に設けられる第1配線パターンと、前記第2層に設けられ、前記第1配線パターンと前記絶縁層を介して対向配置される第2配線パターンとを有し、前記第1配線パターンおよび前記第2配線パターンは、一方側から他方側への折り返しと他方側から一方側への折り返しを交互に繰り返すように連続する導電線により形成され、前記第1配線パターンと前記第2配線パターンは直列接続されていることを特徴とする。
請求項記載の発明によれば、ダンピング抵抗を構成する配線パターンは、第1層に設けられる第1配線パターンと、第2層に設けられ、第1配線パターンと絶縁層を介して対向配置される第2配線パターンとを有しているので、第1配線パターンを流れる電流の向きと、第2配線パターンを流れる電流の向きが、配線層の積層方向において互いに反対となるように形成されている。したがって、第1配線パターンを電流が流れることにより発生する磁界と、第2配線パターンを電流が流れることにより発生する磁界とは、大きさは同じで向きが反対方向となるため、互いに打ち消し合い相殺される。これにより、インダクション成分を減らすことができる。また、第1配線パターンおよび第2配線パターンは、一方側から他方側への折り返しと他方側から一方側への折り返しを交互に繰り返すように連続する導電線により形成されているので、配線パターンの全体の長さを長くすることができると共に、基板上の限られたスペースを有効に活用して配線パターンを形成可能である。
本発明によれば、ダンピング抵抗の脱落が生じない信頼性の高い電動圧縮機を提供することができる。
本発明の実施形態に係る電動圧縮機の一部を破断面で示す全体構成図である。 図1におけるカバー体を取り外した状態での一部破断面で示すA−A線断面図であり、多層基板の取付状況を示す。 図2におけるB−B線断面図であり、多層基板におけるダンピング抵抗を構成する配線パターンの断面形状を示す。 図2における配線パターン(第1配線パターン)の要部拡大図である。 配線パターンにおける第1配線パターンと第2配線パターンとの配置関係を模式的に示す斜視図である。
(本発明の実施形態)
以下、本発明の実施形態に係る電動圧縮機を図1〜図5に基づいて説明する。
図1は、電動モータを備えた電動圧縮機の一部を破断面で示す全体構成図であり、図1における電動圧縮機の左側を前部側とし、電動圧縮機の右側を後部側とする。
図1に示す電動圧縮機10は、回転軸11を駆動する電動モータ12と、電動モータ12の駆動により冷媒の圧縮を行う圧縮機構23と、電動モータ12と圧縮機構23とが内蔵されるハウジング13と、を備えている。電動圧縮機10は、具体的にはスクロール型の電動圧縮機である。
ハウジング13は、電動モータ12が収容されるモータハウジング14と、圧縮機構23が収容されるフロントハウジング15とを有している。モータハウジング14の端面とフロントハウジング15の端面は接合され、モータハウジング14及びフロントハウジング15はボルト16により一体的に固定されている。ハウジング13は、金属製のハウジングであり、本実施形態ではアルミ系金属材料により形成されている。
モータハウジング14は、円筒状の円筒部17と、円筒部17と一体形成されると共に円筒部17の一方の端部を閉塞する後部隔壁18と、を備えている。言い換えると、モータハウジング14は、有底筒状である。
モータハウジング14の円筒部17における後部隔壁18寄りの部分には冷媒ガスの吸入口19が設けられている。吸入口19は外部冷媒回路(図示せず)と接続されており、外部冷媒回路は吸入口19を介してモータハウジング14の内部と連通している。電動圧縮機10の圧縮運転時には、低圧の冷媒は外部冷媒回路から吸入口19を通って、モータハウジング14の内部に送入される。
フロントハウジング15の内部には圧縮機構23と連通する吐出室が形成されている。フロントハウジング15には吐出口20が形成されており、吐出口20は外部冷媒回路と接続されている。電動圧縮機10の圧縮運転時には、圧縮機構23から吐出室に吐出された高圧の冷媒は吐出口20から外部冷媒回路へ送出される。
電動モータ12は、三相交流電力により駆動されるモータである。電動モータ12は、モータハウジング14の内壁に固定されたステータ21と、ステータ21内に挿入され、回転軸11に固定されたロータ22とを備えている。ステータ21は、モータハウジング14の内壁に固定されるステータコア21Aと、ステータコア21Aに巻き回されたステータコイル21Bと有している。
モータハウジング14の後部隔壁18には、ボックス形状をなす駆動装置収容部24が設けられている。駆動装置収容部24はハウジング13の外部に設けられている。
駆動装置収容部24は、後部隔壁18の外表面(電動モータ12とは反対側の面)上に設けられるベース部材28と、ベース部材28上に設けられるカバー体34とを備える。
ベース部材28とカバー体34とにより駆動装置としてのインバータ装置36を収容する駆動装置収容部24が区画される。
カバー体34及びベース部材28は、ボルト35によりモータハウジング14に固定されている。
駆動装置収容部24内には、インバータ装置36が設けられている。インバータ装置36は、インバータ回路25およびその他の電子部品26と、インバータ回路25およびその他の電子部品26が固定される多層基板27とを備えている。
図示しないが、電動モータ12とインバータ装置36は電気的に接続されており、インバータ装置36を介して電動モータ12のステータコイル21Bに通電されると、ロータ22が回転され、回転軸11と連結された圧縮機構23が作動される。
インバータ回路25は、スイッチング素子を備えており、外部から電動圧縮機10の駆動に必要な電力の供給を受け、供給される直流電力を交流電力に変換する。
ベース部材28は、熱伝導性に優れたアルミ系金属材料により形成されており、後部隔壁18の外表面(電動モータ12側の面とは反対側の面)と当接する平坦部29と、平坦部29より駆動装置収容部24内に突出するように形成され、中心部にねじ孔31を有する複数の台座30とを備えている。この実施形態では、台座30は4箇所に形成されており、それぞれ30A〜30Dで示す(図2を参照)。台座30は締結部に相当する。
本実施形態の多層基板27は、4層の配線層が設けられている。以降、4層の配線層は、ベース部材28から離れている方から順に配線層L1、L2、L3、L4として説明を行う。配線層L1、L2間、配線層L2、L3間、配線層L3、L4間には絶縁層が設けられている。絶縁層は、絶縁部材により形成されている。
配線層L1〜L4は、銅箔からなる導電性の配線パターンである。本実施形態における
配線層L2が請求項の第1層に相当し、配線層L3が請求項の第2層に相当する。
図1に示すように、配線層L1の配線層L2側とは反対側の面および配線層L4の配線層L3側とは反対側の面には、インバータ回路25およびその他の電子部品26が取り付けられている。
また、多層基板27は、図2に示すように、4箇所に貫通孔としての通孔33A〜33Dを有する。そして、多層基板27は、通孔33A〜33D各々が台座30A〜30D上に設けられるように配置され、通孔33A〜33Dに挿通された締結ボルト32が台座30A〜30Dのねじ孔31に螺入されることにより、台座30A〜30Dに締結固定される。
図2及び図3に示すように、ダンピング抵抗を構成する配線パターンRは、配線層L2に設けられる第1配線パターンR1と、配線層L3に設けられる第2配線パターンR2とを有している。
第1配線パターンR1および第2配線パターンR2は、一方側から他方側への折り返しと他方側から一方側への折り返しを交互に繰り返すように連続する導電線により形成されている。
図4に示すように、第1配線パターンR1は、線状部S1〜Snと連結部K1〜Knを有している。すなわち、所定の長さを有する直線状の線状部S1〜Snを狭い間隔を空けて平行に配列し、線状部S1〜Snが一本の線状パターンとなるように連結部K1〜Knで繋がれている。詳述すると、線状部S1の一方側の端部と、線状部S1と隣り合う線状部S2の一方側の端部とを連結部K1で連結し、線状部S2の他方側の端部と、線状部S2と隣り合う線状部S3の他方側の端部とを連結部K2で連結し、線状部S3の一方側の端部と、線状部S3と隣り合う線状部S4の一方側の端部とを連結部K3で連結する。以降、この連結操作を繰り返すことにより第1配線パターンR1は形成される。第1配線パターンR1は、本実施形態では矩形波形状を有している。第2配線パターンR2は、第1配線パターンR1と同等の形状を有している。
また、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2は、通孔33Aに隣接して形成されており、通孔33Aに挿通される締結ボルト32と、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2との間に他の配線パターンを介さない位置に形成されている。
線状部S1〜Snの幅は、できるだけ短くし、且つ、線状部S1〜Snの配列間隔をできるだけ小さくして長さが長くなるように形成されている。
図5に示すように、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2は、同一の形状を有し、絶縁層を介して対向するように形成されている。また、第1配線パターンR1における線状部Snの端部と第2配線パターンR2における線状部Snの端部とは例えばビアTによって電気的に接続されている。これにより、第1配線パターンR1と第2配線パターンR2とは直列接続され、配線パターンR(ダンピング抵抗)を形成している。
配線パターンRは、細長い線状の第1配線パターンR1および第2配線パターンR2を直列接続することにより形成されているので、配線パターンRの抵抗値は、第1配線パターンR1による抵抗値と第2配線パターンR2による抵抗値を加算したものである。なお、配線パターンRの抵抗値は、線状部S1〜Snの断面積と、第1配線パターンR1の長さ及び第2配線パターンR2の長さを加算した全体の長さにより定まる。なお、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2の長さは、線状部S1〜Snの長さと連結部K1〜Knの長さとを加算したものである。
配線パターンRは、幅をできるだけ小さく形成することにより断面積を小さくし、また、一方側から他方側への折り返しと他方側から一方側への折り返しを交互に繰り返すように連続して形成することにより全体の長さを長くしている。断面積をできるだけ小さくし、全体の長さをできるだけ長くすることで配線パターンRの抵抗値を大きくするようにしている。
図2〜図4に示すように、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2は、通孔33Aに隣接して形成され、通孔33Aを取り囲むように形成されている。
以上のように形成することにより、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2と台座30Aとは、熱的に結合した状態となる。すなわち、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2は、電流が流れることにより発熱するが、この発生した熱は、熱的に結合している台座30Aに伝達され、平坦部29を介してモータハウジング14の後部隔壁18に伝わる。
したがって、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2から発生した熱を速やかに放熱させることが可能となる。
なお、「熱的に結合している」とは、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2と、台座30Aとは物理的には接触していないが、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2と、台座30Aとは熱交換(熱移動)が自由に行われる状態にあることを指す。また、締結ボルト32と通孔33Aを形成する内面とは接触しているが、締結ボルト32と第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2とは、接触しておらず電気的には絶縁されている。
以上の構成を有する電動圧縮機10につきその作用説明を行う。
電動圧縮機10は、電動圧縮機10の駆動による振動のみならず、車両に搭載された場合に車両の振動が伝達されることから、電動圧縮機10に一体化されている多層基板27は、常に振動に晒されるため、ダンピング抵抗が基板上に設けられていると振動により脱落するおそれがある。しかし、本実施形態の多層基板27に設けられるダンピング抵抗は、多層基板27の配線層に配線パターンRとして形成されているため、振動を受けて基板から脱落することはなく、信頼性の高い電動圧縮機を提供することが可能となる。
また、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2は、電流が流れることにより、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2は発熱するため、多層基板27に熱が篭ってしまい、多層基板27上に設けられるインバータ回路25およびその他の電子部品26に悪影響を及ぼすおそれがある。しかし、本実施形態の第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2は、台座30Aと熱的に結合されるように、通孔33Aに隣接して、通孔33Aを取り囲むように形成されている。したがって、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2から発生する熱は、台座30Aに伝達される。そして、台座30Aが設けられた平坦部29を介してモータハウジング14の後部隔壁18に伝達され、外部に放熱される。以上のように、本実施形態の構成によれば、熱容量の大きいモータハウジング14(ハウジング13)を第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2の放熱手段として有効活用するため、別途放熱手段を設けることなく、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2から発生する熱を放熱させることができる。
また、配線パターンRは、配線層L2に設けられる第1配線パターンR1と、配線層L3に設けられる第2配線パターンR2とを有し、第1配線パターンR1と第2配線パターンR2とは直列接続されている。また、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2は、一方側から他方側への折り返しと他方側から一方側への折り返しを交互に繰り返すように連続する導電線により形成されている。
そして、第1配線パターンR1と第2配線パターンR2は、配線層L2、L3の積層方向において、各々の線状部S1〜Sn及び連結部K1〜Knが重なり、且つ、図5に示すように、第1配線パターンR1を流れる電流の向きP1と、第2配線パターンR2を流れる電流の向きP2が、配線層L2、L3の積層方向において互いに反対となるように形成されている。例えば、第1配線パターンR1の線状部S1に流れる電流の向きP1と、第1配線パターンR1の線状部S1と配線層L2、L3の積層方向において重なる位置に形成される第2配線パターンR2の線状部S1に流れる電流の向きP2とは、互いに反対となるようになっている。
このため、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2を電流が流れることにより発生する磁界成分が逆方向となる。すなわち、第1配線パターンR1を電流が流れることにより発生する磁界と、第2配線パターンR2を電流が流れることにより発生する磁界とは、大きさは同じで向きが反対方向となることにより、互いに打ち消し合い相殺される。これにより、インダクション成分を減らすことができる。なお、インダクション成分が大きいと、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2を電流の交流成分が流れにくくなる。
本発明の実施形態に係る電動圧縮機10によれば以下の効果を奏する。
(1)ダンピング抵抗は、多層基板27の配線層L2、L3に配線パターンRとして設けられるため、振動を受けて基板から脱落することはなく、信頼性の高い電動圧縮機を提供することが可能となる。
(2)第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2は、電流が流れることにより発熱する。ところで、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2は、通孔33Aに隣接して形成され、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2と台座30Aとは、熱的に結合している。これにより、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2から発生した熱は、台座30Aに伝達される。そして、モータハウジング14を介して外部に放熱される。このように、熱容量の大きいモータハウジング14を放熱手段として有効活用するため、別途放熱手段を設けることなく、第1配線パターンR1及び第2配線パターンR2から発生する熱を放熱させることができる。
(3)第1配線パターンR1と第2配線パターンR2は、配線層L2、L3の積層方向において、各々の線状部S1〜Sn及び連結部K1〜Knが重なり、且つ、第1配線パターンR1を流れる電流の向きP1と、第2配線パターンR2を流れる電流の向きP2が、配線層L2、L3の積層方向において互いに反対となるように形成されている。したがって、第1配線パターンR1を電流が流れることにより発生する磁界と、第2配線パターンR2を電流が流れることにより発生する磁界とは、大きさは同じで向きが反対方向となるため、互いに打ち消し合い相殺される。これにより、インダクション成分を減らすことができる。
(4)配線パターンRは、幅をできるだけ小さく形成することにより断面積を小さくし、また、一方側から他方側への折り返しと他方側から一方側への折り返しを交互に繰り返すように連続して形成することにより全体の長さを長くしている。よって、断面積と全体の長さを調整することにより配線パターンRの抵抗値を調節することが可能である。また、基板上の限られたスペースを有効に活用して配線パターンRを形成可能である。
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 本発明の実施形態における多層基板27を配置する台座30(30A)の径を大きくし、多層基板27との接触面積を増加させても良い。接触面積を増加させることにより、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2で発生する熱を一層効率的に放熱させることが可能となる。
○ 本発明の実施形態においては、台座30はベース部材28の平坦部29に軸心方向に突出して形成されるとして説明したが、ベース部材28を設けずにモータハウジング14の後部隔壁18の外表面側に直接台座を突出して設けても良い。また、モータハウジング14の円筒部17の外周面に台座を突出して設けても良い。
○ 本発明の実施形態においては、第1配線パターンR1および第2配線パターンR2は、矩形波形状を有しているとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、正弦波形状、三角波形状などでも良い。すなわち、一方側から他方側への折り返しと他方側から一方側への折り返しを交互に繰り返すように連続して形成されておれば良く、他の形状でも構わない。
○ 本発明の実施形態においては、配線パターンRは、配線層L2上の第1配線パターンR1と配線層L3上の第2配線パターンR2とにより配線層L2、L3上に分割して形成するとして説明したが、1つの配線層のみに形成しても良い。
10 電動圧縮機
12 電動モータ
13 ハウジング
14 モータハウジング
15 フロントハウジング
18 後部隔壁
23 圧縮機構
24 駆動装置収容部
25 インバータ回路
27 多層基板
28 ベース部材
29 平坦部
30(30A〜30B) 台座
31 ねじ孔
32 締結ボルト
33(33A〜33D) 通孔
34 カバー体
35 ボルト
L1〜L4 配線層
R 配線パターン(ダンピング抵抗)
R1 第1配線パターン
R2 第2配線パターン
T ビア

Claims (2)

  1. 電動モータと、
    前記電動モータの駆動により冷媒の圧縮を行う圧縮機構と、
    前記電動モータと前記圧縮機構とが内蔵されるハウジングと、
    前記ハウジングの外部に設けられた駆動装置収容部と、
    前記駆動装置収容部内に配置され、前記電動モータへの電力供給を制御する駆動装置と、を備えた電動圧縮機であって、
    前記駆動装置は、配線層を複数有する多層基板を有し、
    前記配線層の少なくとも一層は、ダンピング抵抗を構成する配線パターンを有し、
    前記駆動装置収容部内には、前記多層基板を締結する締結部が設けられ、
    前記ダンピング抵抗を構成する配線パターンと前記締結部とは、熱的に結合し、
    前記締結部は、締結ボルトが螺入されるねじ孔を有し、
    前記多層基板は、前記締結ボルトが挿通される通孔を有し、
    前記ダンピング抵抗を構成する配線パターンは、前記通孔との間に他の配線パターンを介さない位置に形成されていることを特徴とする電動圧縮機。
  2. 前記配線層は、第1層と当該第1層上に絶縁層を介して積層される第2層とを有し、
    前記ダンピング抵抗を構成する配線パターンは、前記第1層に設けられる第1配線パターンと、前記第2層に設けられ、前記第1配線パターンと前記絶縁層を介して対向配置される第2配線パターンとを有し、
    前記第1配線パターンおよび前記第2配線パターンは、一方側から他方側への折り返しと他方側から一方側への折り返しを交互に繰り返すように連続する導電線により形成され、
    前記第1配線パターンと前記第2配線パターンは直列接続されていることを特徴とする請求項1記載の電動圧縮機。
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