JP6720860B2

JP6720860B2 - 電動圧縮機

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Publication number: JP6720860B2
Application number: JP2016254257A
Authority: JP
Inventors: 明夫藤井; 健司門間
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: KR20180076336A; DE102017130848A1; US10498201B2; CN108240311B; US20180183304A1; JP2018107965A; CN108240311A; KR102009091B1

Description

本発明は、電動圧縮機に関する。

電動圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動させる電動モータとを収容するハウジングを有する。ハウジングの外面には、電動モータを駆動させるインバータを収容するカバーが固設されている。また、インバータは、各種の電子部品が実装される回路基板を備えている（例えば特許文献１参照）。インバータの回路基板に実装される電子部品としては、例えば電解コンデンサがある。電解コンデンサは、例えば１組の金属箔（アルミ箔など）の表面に誘電体酸化膜を形成し、これらをセパレータとともに巻回してコンデンサ素子を形成し、そのコンデンサ素子を電解液とともに本体部に封入することによって構成されている。

特開２０１２−１９３６６０号公報

ところで、電解コンデンサは、例えば何らかの要因で過電圧が印加されると、電解液が気化することで本体部の内圧が高まる場合がある。このため、電解コンデンサは、前述したような理由で高まった本体部の内圧を逃がす目的で圧力開放弁（防爆弁）を備えている。しかしながら、圧力開放弁が開弁した場合には、本体部に封入されている電解液が外部に飛散又は流出し、その飛散又は流出した電解液によって回路基板の絶縁性が損なわれるおそれがある。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電解コンデンサの圧力開放弁が開弁した場合であっても、回路基板全体へ電解液が飛散又は流出することを抑制し得る電動圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決する電動圧縮機は、圧縮部及び電動モータがハウジングに収容されるとともに、前記ハウジングの外面にカバーが取り付けられ、前記ハウジングの外面と前記カバーとによって区画される収容空間に前記電動モータを駆動させるインバータが収容された電動圧縮機であって、前記インバータは、回路基板と、前記回路基板にリードを介して接合された電解コンデンサと、前記電解コンデンサの少なくとも一部分を覆うコンデンサカバーと、を備えており、前記電解コンデンサは、柱状の本体部と、当該本体部の軸線方向両端部のうちの第１端部に設けられる前記リードと、前記本体部の軸線方向両端部のうちの第２端部に設けられる圧力開放弁と、を有し、前記回路基板と前記電解コンデンサの前記第２端部の周縁との間には、前記コンデンサカバーが介在されていることを要旨とする。

この構成によれば、電解コンデンサと回路基板との間がコンデンサカバーによって隔てられることで、電解コンデンサの圧力開放弁が開弁した場合であっても、回路基板全体へ電解液が飛散又は流出することを抑制できる。

上記電動圧縮機において、前記コンデンサカバーは、前記第２端部に対向する対向壁を有し、前記対向壁のうち前記圧力開放弁に対向する対向部分は、前記圧力開放弁から離間しているとよい。この構成によれば、電解コンデンサをコンデンサカバーに収容する場合であっても、圧力開放弁の開弁をコンデンサカバーが阻害しない。したがって、圧力開放弁を良好に機能させることができる。

上記電動圧縮機において、前記コンデンサカバーは、有底箱状であり、前記電解コンデンサを収容するようにしてもよい。この構成によれば、電解コンデンサを収容する部材に、電解コンデンサと回路基板との間を隔てるコンデンサカバーとしての機能を持たせることで、電解コンデンサを収容する部材とは別にコンデンサカバーとして機能する部材を設ける必要がない。

上記電動圧縮機において、前記インバータと前記ハウジングとの間に設けられた金属製でかつ板状の本体部を有するベースを有し、前記ベースの前記本体部における前記インバータと対向する面には、厚さ方向に凹む凹部が形成され、前記電解コンデンサは、前記凹部上に配設されるようにしてもよい。この構成によれば、ベースの凹部を、圧力開放弁の開弁によって飛散又は流出した電解液を溜める部分として機能させることができる。

上記電動圧縮機において、前記コンデンサカバーの開口縁は、前記凹部の底面に接触するように突出した突出部分を有してもよい。この構成によれば、凹部においてコンデンサカバー及び電解コンデンサを安定して保持することができる。

本発明によれば、電解コンデンサの圧力開放弁が開弁した場合であっても、回路基板全体へ電解液が飛散又は流出することを抑制できる。

電動圧縮機の全体を示す一部破断図。インバータモジュールを示す分解斜視図。ベースを示す斜視図。ベース、回路基板、電解コンデンサ、コンデンサカバーの断面図。ベース、回路基板、電解コンデンサ、コンデンサカバーの一部断面図。

以下、電動圧縮機を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。なお、電動圧縮機は車両空調装置に用いられる。
図１に示すように、電動圧縮機１０は、円筒状のハウジング１１を有している。ハウジング１１は、金属材料製（例えばアルミニウム製）である。ハウジング１１は、板状の底壁１４と底壁１４の周縁部から立設する側壁１４ａとからなる有底円筒状の第１ハウジング１２と、第１ハウジング１２の開口を塞いだ状態で第１ハウジング１２に組み付けられる有蓋円筒状の第２ハウジング１３と、を有している。第１ハウジング１２の側壁１４ａには、第１ハウジング１２内に冷媒を流入させる流入口１６が第１ハウジング１２の径方向に貫通して設けられている。

第１ハウジング１２には、冷媒を圧縮する圧縮部１７と、圧縮部１７を駆動する電動モータ１８とが収容されている。電動モータ１８は、回転軸１８ｂと、回転軸１８ｂと一体のロータ１８ｃと、第１ハウジング１２の内周面に設けられたステータ１８ａと、を有している。回転軸１８ｂの軸線方向と、第１ハウジング１２の軸線方向とは同一方向である。

第１ハウジング１２の底壁１４における電動モータ１８側の面とは反対側の面１４ｂには、有底筒状のカバー１５が、カバー１５と第１ハウジング１２の底壁１４とによってインバータモジュール２０を収容する収容空間１９を区画するように取り付けられている。第１ハウジング１２の底壁１４における電動モータ１８側の面とは反対側の面１４ｂは、ハウジング１１の外面に相当する。収容空間１９には、電動モータ１８を駆動させるインバータモジュール２０が収容されている。つまり、インバータモジュール２０は、カバー１５によって覆われている。

図２及び図３に示すように、インバータモジュール２０は、インバータ２０ａとベース２０ｂとを有している。インバータ２０ａは、回路基板２１、各種の電子部品及びコンデンサカバー３５を有している。回路基板２１は、各種の電子部品が実装される実装面２２を有している。回路基板２１に実装される電子部品には、電解コンデンサ２３、コイル２４、半導体素子２５などを含む。

図３に示すように、電解コンデンサ２３は、柱状の本体部２３ａと、本体部２３ａの軸線方向両端部のうちの第１端部２３ｂに設けられるリード２３ｃと、本体部２３ａの軸線方向両端部のうちの第２端部２３ｄに設けられる圧力開放弁（防爆弁）２３ｅと、を有する。

電解コンデンサ２３の圧力開放弁２３ｅは、例えば過電圧が印加されるなどして電解液が気化することで本体部２３ａの内圧が規定値以上に上昇した場合に開弁し、内圧を下げる。なお、図２及び図３に示すように、この実施形態のインバータ２０ａは、複数（４つ）の電解コンデンサ２３を有しており、各電解コンデンサ２３は同一構成である。

図２及び図３に示すように、ベース２０ｂは、板状の本体部２６を有する。本体部２６は、対向する第１面２６ａと第２面２６ｂとを有し、第１面２６ａと第２面２６ｂとの離間距離が本体部２６の厚みになる。ベース２０ｂは、金属材料製（例えばアルミニウム製）であり、例えばダイカストによって製造されている。本体部２６の第１面２６ａにおいて本体部２６の外周縁２６ｃの近傍には、回路基板２１を本体部２６に取り付けるためのねじＳ１が螺合される円筒状のボス２７が設けられている。ボス２７は、外周縁２６ｃに沿って複数箇所（実施形態では４箇所）に設けられており、この実施形態では本体部２６と一体形成されている。また、本体部２６の外周縁２６ｃの近傍には、本体部２６を第１ハウジング１２の外面である面１４ｂに取り付けるためのねじＳ２が螺合される貫通孔２８が設けられている。貫通孔２８は、外周縁２６ｃに沿って複数箇所（実施形態では３箇所）に設けられている。本体部２６の外周縁２６ｃは、ベース２０ｂの輪郭（平面視したときの形状）を形成している。

本体部２６の表面である第１面２６ａには、回路基板２１に実装される電子部品のうち、特定の電子部品が載置されている。この実施形態において本体部２６の第１面２６ａには、電解コンデンサ２３、コイル２４、半導体素子２５が載置されている。この実施形態において本体部２６の第１面２６ａは電子部品の載置面である。一方、本体部２６の第２面２６ｂは、本体部２６を第１ハウジング１２の底壁１４に取り付けた際には底壁１４に接触する接触面になる。なお、本体部２６の第２面２６ｂと第１ハウジング１２の底壁１４との接触は、面同士による直接的な接触に限らず、第２面２６ｂと底壁１４との間に介在物（例えば接着層など）を介在させた間接的な接触でもよい。また、本体部２６の第１面２６ａは、例えば図２に示すように、本体部２６に回路基板２１を取り付けた場合、回路基板２１の実装面２２に対向する面でもある。つまり、本体部２６の第１面２６ａは、インバータ２０ａと対向する面である。

図３に示すように、本体部２６の第１面２６ａには、本体部２６の厚さ方向に凹む凹部３０が形成されている。凹部３０は、平面視四角状である。そして、凹部３０の輪郭を構成する周縁３０ａは、本体部２６の外周縁２６ｃから離間している。これにより、凹部３０は、本体部２６の外周縁２６ｃに開口しておらず、閉塞した領域とされている。また、凹部３０の底面３０ｂには、電解コンデンサ２３を載置する金属材料性の載置台３１が立設されている。載置台３１は、凹部３０の周縁３０ａから離間しており、この実施形態では本体部２６と一体形成されている。つまり、電解コンデンサ２３は、凹部３０上に配設されているとも言える。この実施形態のインバータ２０ａは、４つの電解コンデンサ２３を備えている。このため、載置台３１には、電解コンデンサ２３の外周面に沿うように湾曲した４つの弧状部３１ａが形成されている。

そして、電解コンデンサ２３は、載置台３１に接触した状態でベース２０ｂ上に配設される。なお、電解コンデンサ２３と載置台３１との接触は、直接的な接触に限らず、電解コンデンサ２３と弧状部３１ａとの間に介在物（例えば接着層など）を介在させた間接的な接触でもよい。

また、この実施形態のインバータ２０ａは、電解コンデンサ２３の少なくとも一部分を覆うコンデンサカバー３５を有している。コンデンサカバー３５は樹脂製である。そして、図２に示すように、複数の電解コンデンサ２３はコンデンサカバー３５内に収容された状態で凹部３０に載置されている。

以下、図２、図４及び図５にしたがってコンデンサカバー３５の構成を詳しく説明する。
図２に示すように、コンデンサカバー３５は、一方に開口した有底箱状である。具体的に言えば、平面視四角形状の底部４０の周縁に４つの側壁４１，４２，４３，４４が立設されており、各側壁４１〜４４の先端によってコンデンサカバー３５の開口縁３５ａが形成されている。４つの電解コンデンサ２３は、コンデンサカバー３５内に横置き状態で整列して収容されている。コンデンサカバー３５の４つの側壁４１〜４４のうち、側壁４１，４２は、コンデンサカバー３５に収容された電解コンデンサ２３の本体部２３ａの軸線方向に沿って延設する壁である。また、コンデンサカバー３５の４つの側壁４１〜４４のうち、側壁４３，４４は、側壁４１，４２にそれぞれ連設されているとともに、コンデンサカバー３５に収容された電解コンデンサ２３の軸線方向端部である第１端部２３ｂと第２端部２３ｄのそれぞれに対向する壁である。具体的に言えば、側壁４３はリード２３ｃが設けられた第１端部２３ｂに対向し、側壁４４は圧力開放弁２３ｅが設けられた第２端部２３ｄに対向する。すなわち、側壁４４は、第２端部２３ｄと対向する対向壁である。

図４に示すように、コンデンサカバー３５の側壁４３は、他の側壁４１，４２，４３に比べて肉厚に形成されている。そして、側壁４３には、コンデンサカバー３５に収容された電解コンデンサ２３の各リード２３ｃを挿通し、コンデンサカバー３５の外に突出させる複数（実施形態では８つ）の挿通孔４５が穿設されている。リード２３ｃは、第１端部２３ｂに接続された部分と、その部分に直交するように連設されるとともに側壁４３の高さ方向に延設された部分とを有する。側壁４３の挿通孔４５は、側壁４３の高さ方向に延設されている。挿通孔４５に挿通されたリード２３ｃにおける側壁４３の高さ方向に延設された部分は、その周面が挿通孔４５の内面に囲まれ、一部分が挿通孔４５から突出する。そして、コンデンサカバー３５の外に突出した各リード２３ｃは、図４及び図５に示すように回路基板２１をベース２０ｂに取り付けた際、回路基板２１に穿設された挿通孔４６に挿通され、半田付けなどによって回路基板２１に電気的に接合される。

また、図２及び図５に示すように、コンデンサカバー３５の側壁４１，４２には、側壁４１，４２から突出した突出部分４７が形成されている。突出部分４７は、側壁４１と側壁４２のそれぞれに複数（実施形態では各２つ）形成されており、複数の突出部分４７は離間している。図５に示すように、コンデンサカバー３５に収容された電解コンデンサ２３は、回路基板２１をベース２０ｂに取り付けた際、載置台３１に載置される。また、載置台３１に載置された状態において各電解コンデンサ２３の本体部２３ａは、凹部３０の底面３０ｂから所定の距離ａだけ離間している。一方で、各側壁４１，４２の突出部分４７は、電解コンデンサ２３が載置台３１に載置された状態において、突出部分４７の各先端が凹部３０の底面３０ｂに接触する長さを有するように形成されている。

また、図４に示すように、コンデンサカバー３５の側壁４４は、コンデンサカバー３５に収容された各電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄに対向する対向壁である。換言すれば、側壁４４は、電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄにある圧力開放弁２３ｅに対向する壁である。側壁４４は、電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄと対向する対向面のうち、圧力開放弁２３ｅに対向する対向部分４４ａが電解コンデンサ２３の圧力開放弁２３ｅから離間するように形成されている。図４に示すように、電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄと側壁４４の対向部分４４ａの離間距離を距離Ｄと規定すると、距離Ｄはコンデンサカバー３５に収容された各電解コンデンサ２３の本体部２３ａの軸線方向に沿う方向の距離に相当する。

距離Ｄは、少なくとも、電解コンデンサ２３の圧力開放弁２３ｅが開弁する際、その開弁の妨げにならない程度の距離である。電解コンデンサ２３の内圧は、圧力開放弁２３ｅに対して、圧力開放弁２３ｅを外側に押し広げるように加えられる。そして、圧力開放弁２３ｅは、電解コンデンサ２３の内圧が規定値以上に上昇した場合に開裂し、その開裂によって生成される弁片は外側に捲れる。このため、距離Ｄは、弁片と側壁４４との干渉によって圧力開放弁２３ｅの開裂動作を阻害しない点を考慮して規定されている。

また、側壁４４の第２端部２３ｄと対向する対向面には、コンデンサカバー３５内において電解コンデンサ２３の収容位置をガイドするガイド部分４４ｂが形成されている。ガイド部分４４ｂは、側壁４４の第２端部２３ｄと対向する対向面のうち、対向部分４４ａ以外の部分から電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄに向かって突出しており、この実施形態ではコンデンサカバー３５の底部４０寄りに位置している。ガイド部分４４ｂにより、コンデンサカバー３５に収容された電解コンデンサ２３は、軸方向への移動が規制される。

以上のように構成されたコンデンサカバー３５は、複数の電解コンデンサ２３を収容した状態で、コンデンサカバー３５の開口縁３５ａがベース２０ｂと対向し、かつ電解コンデンサ２３とベース２０ｂ（この実施形態では載置台３１）とが接触するようにベース２０ｂ上に配設される。そして、ベース２０ｂに回路基板２１が取り付けられることでインバータモジュール２０が完成する。したがって、回路基板２１と電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄの周縁との間には、コンデンサカバー３５の一部（この実施形態では、コンデンサカバー３５の底部４０）が介在することになる。

以下、図４及び図５にしたがって電動圧縮機１０の作用を説明する。
図４に示すように、有底箱状のコンデンサカバー３５の底部４０が電解コンデンサ２３と回路基板２１との間に介在する状態では、電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄの周縁は、コンデンサカバー３５の底部４０、側壁４１、側壁４２及び側壁４４によって囲まれている。つまり、回路基板２１と電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄの周縁との間には、コンデンサカバー３５の一部が介在されていることになる。これにより、この実施形態の電動圧縮機１０では、電解コンデンサ２３の圧力開放弁２３ｅが開弁して電解液が外部に飛散又は流出しても、その電解液はコンデンサカバー３５の底部４０、側壁４１、側壁４２及び側壁４４によって回路基板２１側へ飛散又は流出することが阻害される。

したがって、この実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）回路基板２１と電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄの周縁との間にコンデンサカバー３５の一部を介在させることで、電解コンデンサ２３の圧力開放弁２３ｅが開弁した場合であっても、回路基板２１全体へ電解液が飛散又は流出することを抑制できる。その結果、回路基板２１へ電解液が付着したことによる電気回路の短絡などを抑制することができる。

（２）また、コンデンサカバー３５の側壁４４の対向部分４４ａが圧力開放弁２３ｅから離間している。このため、電解コンデンサ２３をコンデンサカバー３５に収容する場合であっても、圧力開放弁２３ｅの開弁をコンデンサカバー３５が阻害しない。したがって、圧力開放弁２３ｅを良好に機能させ、本体部２３ａの内圧が高まった場合にはその内圧を電解コンデンサ２３の外に開放させることができる。

（３）また、側壁４４は、ガイド部分４４ｂを有する。このため、側壁４４の一部（対向部分４４ａ）が電解コンデンサ２３の第２端部２３ｄから離間していても、側壁４３と側壁４４のガイド部分４４ｂとによって電解コンデンサ２３をコンデンサカバー３５内で安定して保持することができる。

（４）また、電解コンデンサ２３を収容したコンデンサカバー３５は、ベース２０ｂの本体部２６の第１面２６ａに形成された凹部３０上に配置されている。このため、凹部３０は、圧力開放弁２３ｅの開弁によって飛散又は流出した電解液を溜める部分として機能させることができる。その結果、ベース２０ｂ全体に電解液が広がり難くすることができる。

（５）また、コンデンサカバー３５の側壁４１，４２は、凹部３０の底面３０ｂに接触する突出部分４７を有する。このため、凹部３０においてコンデンサカバー３５及び電解コンデンサ２３を安定して保持することができる。つまり、電解コンデンサ２３の姿勢が不安定になることによる、本体部２３ａの擦れなどによって電解コンデンサ２３が傷付くことを抑制できる。

（６）また、ベース２０ｂを第１ハウジング１２の底壁１４に接触させ、そのベース２０ｂに電解コンデンサ２３を接触させることで、発熱部品である電解コンデンサ２３の冷却を効果的に行うことができる。つまり、第１ハウジング１２の流入口１６を通じて流入した冷媒によって第１ハウジング１２の底壁１４が冷やされることで、その底壁１４に接触するベース２０ｂを通じて電解コンデンサ２３の熱を放熱させることができる。

（７）コンデンサカバー３５に収容された電解コンデンサ２３のリード２３ｃは、側壁４３に形成された挿通孔４５の内面によって周面が囲まれている。このため、リード２３ｃは、側壁４３の挿通孔４５に挿通されることで安定して支持され、回路基板２１との接合を良好に維持できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ コンデンサカバー３５は、電解コンデンサ２３の一部分である第２端部２３ｄの周縁と回路基板２１との間に第２端部２３ｄの周縁を覆うように設けられるものであれば、形状はどのような形状で変更してもよい。例えば、コンデンサカバー３５は、板状部材のみで構成されていてもよい。

○ カバー１５は、当該カバー１５と第１ハウジング１２の側壁１４ａとによってインバータモジュール２０を収容する収容空間１９を区画するように取り付けられていてもよい。

○ ベース２０ｂは、板状の本体部２６のみで構成されていてもよい。
○ ベース２０ｂの凹部３０は、設けられていなくてもよい。
○ コンデンサカバー３５内で電解コンデンサ２３を安定して保持することができれば、側壁４４にガイド部分４４ｂを設けなくてもよい。例えば、電解コンデンサ２３をコンデンサカバー３５に接着して保持してもよいし、コンデンサカバー３５の底部に電解コンデンサ２３を係止する係止部などを設けて保持してもよい。

○ 側壁４１，４２に突出部分４７が設けられていなくてもよい。
○ ベース２０ｂは、設けられていなくてもよい。この場合、電解コンデンサ２３は、ハウジング１１に接触させた方がよい。また、インバータモジュール２０を収容する収容空間１９を区画するハウジング１１に凹部３０を形成してもよい。

○ インバータ２０ａが備える電解コンデンサ２３の数は任意に変更してもよい。

１０…電動圧縮機、１１…ハウジング、１２…第１ハウジング、１４…底壁、１４ｂ…面、１５…カバー、１７…圧縮部、１８…電動モータ、１９…収容空間、２０…インバータモジュール、２０ａ…インバータ、２０ｂ…ベース、２１…回路基板、２３…電解コンデンサ、２３ａ…本体部、２３ｂ…第１端部、２３ｃ…リード、２３ｄ…第２端部、２３ｅ…圧力開放弁、２６…本体部、３０…凹部、３５…コンデンサカバー、３５ａ…開口縁、４４…側壁、４４ａ…対向部分、４７…突出部分、Ｄ…距離。

Claims

圧縮部及び電動モータがハウジングに収容されるとともに、前記ハウジングの外面にカバーが取り付けられ、前記ハウジングの外面と前記カバーとによって区画される収容空間に前記電動モータを駆動させるインバータが収容された電動圧縮機であって、
前記インバータは、回路基板と、前記回路基板にリードを介して接合された電解コンデンサと、前記電解コンデンサの少なくとも一部分を覆うコンデンサカバーと、を備えており、
前記電解コンデンサは、柱状の本体部と、当該本体部の軸線方向両端部のうちの第１端部に設けられる前記リードと、前記本体部の軸線方向両端部のうちの第２端部に設けられる圧力開放弁と、を有し、
前記回路基板と前記電解コンデンサの前記第２端部の周縁との間には、前記コンデンサカバーが介在されており、
前記コンデンサカバーは、前記第２端部に対向する対向壁を有し、
前記対向壁のうち前記圧力開放弁に対向する対向部分は、前記圧力開放弁から離間しており、
前記コンデンサカバーは、前記コンデンサカバー内において前記電解コンデンサの位置をガイドするガイド部分を有し、
前記ガイド部分は、前記対向壁のうち前記対向部分以外の部分から前記電解コンデンサの第２端部に向かって突出している電動圧縮機。
前記コンデンサカバーは、有底箱状であり、前記電解コンデンサを収容する請求項１に記載の電動圧縮機。
前記インバータと前記ハウジングとの間に設けられた金属製でかつ板状の本体部を有するベースを有し、
前記ベースの前記本体部における前記インバータと対向する面には、厚さ方向に凹む凹部が形成され、
前記電解コンデンサは、前記凹部上に配設される請求項１又は請求項２に記載の電動圧縮機。
前記コンデンサカバーの開口縁は、前記凹部の底面に接触するように突出した突出部分を有する請求項３に記載の電動圧縮機。