JPWO2018043014A1 - 電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

コンプレッサインペラ８の回転軸１２を回転させるモータ５と、モータ５を収容するハウジング２と、ハウジング２のインバータハウジング４に取り付けられ、且つ、モータ５を駆動制御するモジュール３２を搭載したモジュールプレート３１と、インバータハウジング４とモジュールプレート３１との間に設けられた冷媒流路６０と、を備え、冷媒流路６０の少なくとも一部は、インバータハウジング４及びモジュールプレート３１の少なくとも一方に設けられた放熱フィン６４Ａ，６４Ｂによって形成されている。

Description

本開示は、電動コンプレッサに関する。

圧縮部とモータとが一体化された電動コンプレッサが知られている。たとえば、特許文献１には、モータを収容するハウジングと、モータ駆動回路などの制御回路とを備えた冷媒圧縮用の電動式圧縮機が開示されている。制御回路は基板プレートに搭載され、基板プレートは、ハウジングの囲壁の外面に固定されている。一方で、ハウジング内には冷媒流路となる冷媒ガスの吸入経路が存在し、ハウジングの囲壁には、内方に向けて突出する放熱フィンが設けられている。放熱フィンにより、ハウジングを冷却するための表面積を稼ぐことができる。

特開２００２−１７４１７８号公報

しかしながら、従来技術では、ハウジングの冷却には有利であるものの、ハウジングを介して間接的に冷却される制御回路の冷却には課題が残る。

本開示は、共通の冷媒流路により、ハウジングおよび制御回路の両方を効率よく、且つ効果的に冷却できる電動コンプレッサを説明する。

本開示の一態様は、インペラの回転軸を回転させるモータと、モータを収容するハウジングと、ハウジングに取り付けられ、且つ、モータを駆動制御する制御回路を搭載したプレートと、ハウジングとプレートとの間に設けられた冷媒流路と、を備え、冷媒流路の少なくとも一部は、ハウジング及びプレートの少なくとも一方に設けられた放熱フィンによって形成されている、電動コンプレッサである。

本開示のいくつかの態様によれば、共通の冷媒流路により、ハウジングおよび制御回路の両方を効率よく、且つ効果的に冷却できる。

図１は、本開示の一実施形態に係る電動コンプレッサの断面図である。 図２は、実施形態に係る冷媒流路の断面図であり、（ａ）図は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、（ｂ）図は（ａ）図のｂ−ｂ線に沿った断面図である。 図３は、図２に対応する図であり、冷媒流路の第１の変形例を示す断面図である。 図４は、図２に対応する図であり、冷媒流路の第２の変形例を示す断面図である。

本開示の一態様は、インペラの回転軸を回転させるモータと、モータを収容するハウジングと、ハウジングに取り付けられ、且つ、モータを駆動制御する制御回路を搭載したプレートと、ハウジングとプレートとの間に設けられた冷媒流路と、を備え、冷媒流路の少なくとも一部は、ハウジング及びプレートの少なくとも一方に設けられた放熱フィンによって形成されている、電動コンプレッサである。

この電動コンプレッサでは、ハウジングとプレートとの間に冷媒流路が形成されており、プレートに搭載された制御回路とハウジングとの両方を効果的に冷却できる。更に、冷媒流路は放熱フィンによって形成され、放熱フィンは、ハウジング及びプレートの少なくとも一方に設けられている。その結果、ハウジング及び制御回路のうち、優先して冷却したい方に積極的に放熱フィンを設けることも可能であり、ハウジング及び制御回路を効率よく冷却することが可能になる。

いくつかの態様において、ハウジング及びプレートの両方に放熱フィンが設けられている電動コンプレッサとすることができる。ハウジング及びプレートに搭載された制御回路の双方を、より効果的に冷却できる。

いくつかの態様において、ハウジング側に設けられた放熱フィンとプレート側に設けられた放熱フィンとが交互に並んでいる電動コンプレッサとすることができる。冷媒流路は、交互に配置された放熱フィンと放熱フィンとの間に形成されることになる。その結果、ハウジング及びプレートに搭載された制御回路の両方を偏り無く冷却する上で有利になる。

いくつかの態様において、モータを挟んで配置されて回転軸を支持する一対の軸受を更に備え、ハウジングは、一対の軸受のうち、プレートに近い側の一方の軸受とプレートとの間に仕切壁を備え、仕切壁の内側には、一方の軸受を支持する軸受支持部が設けられ、軸受支持部に対向する仕切壁の外側には、冷媒流路が設けられている電動コンプレッサとすることができる。軸受支持部を介して一方の軸受も効果的に冷却できる。

いくつかの態様において、冷媒流路は、折り返し部を備えた１パスの蛇行流路であり、折り返し部は湾曲している電動コンプレッサとすることができる。折り返し部を湾曲させることで冷媒流路を通過する冷媒の滞留を抑止できる。

いくつかの態様において、冷媒流路に面する表面積は、ハウジング側よりも、プレート側の方が大きい電動コンプレッサとすることができる。プレートに搭載された制御回路を効果的に冷却できる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１を参照して、一実施形態に係る電動コンプレッサ１について説明する。図１に示されるように、電動コンプレッサ１は、たとえば車両や船舶の内燃機関に適用されるものである。電動コンプレッサ１は、コンプレッサ７を備えている。電動コンプレッサ１は、ロータ部１３およびステータ部１４の相互作用によってコンプレッサインペラ（インペラの一例）８を回転させ、空気等の流体を圧縮し、圧縮空気を発生させる。ロータ部１３およびステータ部１４によってモータ５が形成されている。

電動コンプレッサ１は、ハウジング２内で回転可能に支持された回転軸１２と、回転軸１２の先端部（一端部）１２ａに固定されたコンプレッサインペラ８とを備える。ハウジング２は、モータ５（ロータ部１３およびステータ部１４）を収納するモータハウジング３と、モータハウジング３の他端側（図示右側）の開口を閉鎖するインバータハウジング４とを備える。モータハウジング３の一端側（図示左側）には、コンプレッサインペラ８を収納するコンプレッサハウジング６が設けられている。コンプレッサハウジング６は、吸入口９と、スクロール部１０と、吐出口１１とを含んでいる。

ロータ部１３は、回転軸１２の軸方向の中央部に固定されており、回転軸１２に取り付けられた１または複数の永久磁石（図示せず）を含む。ステータ部１４は、ロータ部１３を包囲するようにしてモータハウジング３の内面に固定されており、導線が巻回されてなるコイル部（図示せず）を含む。導線を通じてステータ部１４のコイル部に交流電流が流されると、ロータ部１３およびステータ部１４の相互作用によって、回転軸１２とコンプレッサインペラ８とが一体になって回転する。コンプレッサインペラ８が回転すると、コンプレッサインペラ８は、吸入口９を通じて外部の空気を吸入し、スクロール部１０を通じて空気を圧縮し、吐出口１１から吐出する。吐出口１１から吐出された圧縮空気は、前述の内燃機関に供給される。

電動コンプレッサ１は、ハウジング２に対して回転軸１２を回転可能に支持する２個の軸受２０Ａ，２０Ｂを備える。軸受２０Ａ，２０Ｂは、例えば、圧入、または隙間を有した嵌め合いによって回転軸１２に取り付けられている。軸受２０Ａ，２０Ｂは、モータ５を挟むように配置され、回転軸１２を両持ちで支持している。一方の軸受２０Ａは、モータハウジング３のコンプレッサインペラ８側の端部に設けられている。他方の軸受２０Ｂは、インバータハウジング４から回転軸１２の軸方向に突出する支持壁部２３に設けられている。

インバータハウジング４にはステータ部１４に駆動電流を供給するための機構が備わっている。インバータハウジング４は、モータハウジング３の他端側の開口を閉鎖する円板状の端壁部（仕切壁の一例）２１と、端壁部２１の外周部とモータハウジング３とを接続する周壁部２２とを含む。周壁部２２内には、ステータ部１４に接続される導線１４ａが収容されている。端壁部２１は、たとえばアルミ製であるが、ステンレスや炭素鋼を採用することもできる。

上記した支持壁部（軸受支持部の一例）２３は、端壁部２１の中央から回転軸１２の軸方向の内部側に突出した台座部４１と、台座部４１から更に内側に突出した筒状のスリーブ受け４２と、スリーブ受け４２の外周に装着されたスリーブ４３とを備えている。スリーブ４３には、軸受２０Ｂの外輪５１が嵌め合いによって取り付けられている。

端壁部２１の内部側に対する反対側、つまり、回転軸１２の軸方向の外部側にはモジュールプレート３１が固定されている。モジュールプレート３１には、インバータ等の制御部を収容するモジュール（制御回路の一例）３２が搭載されている。モジュール３２の制御部によって電動モータの駆動制御が行われる。上記の導線１４ａには、バスバー３３が接続されている。バスバー３３は、端壁部２１を貫通してモジュール３２に接続されている。バスバー３３は、駆動電流を供給するための導電部材であり、たとえば、銅製である。なお、モジュールプレート３１は、アルミニウム、銅、その他の金属板を採用することができる。

モジュールプレート３１と端壁部２１との間には、冷媒流路６０が形成されている。より具体的に説明すると、端壁部２１の内側には軸受２０Ｂを支持する支持壁部２３が設けられている。支持壁部２３に対向する端壁部２１の外側には、モジュールプレート３１との間に冷媒流路６０が設けられている。冷媒流路６０を通過する冷媒Ｒｅ（たとえば冷媒ガス）により、モジュールプレート３１のモジュール３２およびインバータハウジング４の内部側は冷却される。冷媒流路６０には入口６１と出口６２（図２参照）とが存在する。入口６１には冷媒流路６０の導入管６１ａが接続され、出口６２には冷媒流路６０の排出管６２ａが接続されている。また、排出管６２ａはモータハウジング３の冷媒流路３ａに接続されていてもよい。この場合、冷媒Ｒｅは、例えば、インバータハウジング４の冷媒流路６０を通過し、その後、モータハウジング３の冷媒流路３ａに導入される。

図２に示されるように、モジュールプレート３１は冷媒流路６０を塞ぐように配置されている。本実施形態では、単一の入口６１と単一の出口６２とを１パスで接続する冷媒流路６０を例に説明する。しかしながら、たとえば、単一の入口６１から複数の流路に分岐されて複数の出口６２に接続される形態であってもよい。また、複数の入口６１から単一の流路に集約されて単一の出口６２に接続される形態であってもよい。また、複数の入口６１と複数の出口６２とを接続する形態であってもよい。更に、冷媒流路６０は独立した複数の流路であってもよい。

冷媒流路６０は、インバータハウジング４に形成された略矩形の凹部６３および凹部６３内に配置された放熱フィン６４Ａ，６４Ｂによって形成されている。また、冷媒Ｒｅの入口６１と出口６２とはインバータハウジング４に形成されている。また、インバータハウジング４には、凹部６３を囲むようにシール溝４ａが形成されている。シール溝内にＯリング等のシール部材４ｂが装着されている。シール部材４ｂは、インバータハウジング４とモジュールプレート３１との圧着によって挟持され、冷媒流路６０の気密性（または液密性）を保持する。

凹部６３内には複数の放熱フィン６４Ａ，６４Ｂが配置されている。複数の放熱フィン６４Ａ，６４Ｂのうち、一部はインバータハウジング４から突出し、その他はモジュールプレート３１から突出している。本実施形態では、たとえば三枚の放熱フィン６４Ａ，６４Ｂが並列に並んでおり、中央の放熱フィンはインバータハウジング４側の放熱フィン６４Ａである。また、中央の放熱フィン６４Ａを挟むように対向配置された二枚の放熱フィンは、モジュールプレート３１側の放熱フィン６４Ｂである。つまり、本実施形態では、インバータハウジング４側の放熱フィン６４Ａとモジュールプレート３１側の放熱フィン６４Ｂとが交互に並んで配置されている。

複数の放熱フィン６４Ａ，６４Ｂを並列に並べて配置することで、放熱フィン６４Ａ，６４Ｂ同士の間に冷媒流路６０が形成される。冷媒流路６０は、たとえば、放熱フィン６４Ａ，６４Ｂの端部６４ａに沿って回り込む折り返し部６０ａを三カ所に備え、蛇行流路を形成する（図２（ａ）参照）。また、冷媒Ｒｅの入口６１は冷媒流路６０の一方の端部に設けられ、出口６２は他方の端部に設けられている。その結果、冷媒流路６０は、一本（１パス）の流路となる。また、本実施形態では、冷媒Ｒｅの滞留を防止するために折り返し部６０ａは湾曲している。より詳細に説明すると、折り返し部６０ａの外周部６０ｂは凹部６３の一部分であり、その一部分は凹状の曲面になっている。

本実施形態に係る複数の放熱フィン６４Ａ，６４Ｂは、インバータハウジング４およびモジュールプレート３１の両方に設けられている。その結果、インバータハウジング４およびモジュールプレート３１に搭載されたモジュール３２の双方を、より効果的に冷却できる。特に、本実施形態では、インバータハウジング４側の放熱フィン６４Ａとモジュールプレート３１側の放熱フィン６４Ｂとが交互に並んでおり、冷媒流路６０は、交互に配置された放熱フィン６４Ａと放熱フィン６４Ｂとの間に形成される。その結果、インバータハウジング４およびモジュールプレート３１に搭載されたモジュール３２の両方を偏り無く冷却する上で有利になる。

また、本実施形態では、モジュールプレート３１側の放熱フィン６４Ｂの枚数の方が、インバータハウジング４側の放熱フィン６４Ａの枚数に比べて多い。つまり、冷媒流路６０に面する表面積は、インバータハウジング４側よりも、モジュールプレート３１側の方が大きくなっている。その結果、モジュールプレート３１に搭載されたモジュール３２を優先的に、且つ効果的に冷却する上で有利となる。

また、本実施形態に係る端壁部２１は、一対の軸受２０Ａ，２０Ｂのうち、モジュールプレート３１に近い側の軸受２０Ｂとモジュールプレート３１との間を仕切っている。ここで、端壁部２１の内側には、軸受２０Ｂを支持する支持壁部２３が設けられている。支持壁部２３に対向する端壁部２１の外側には、支持壁部２３に重なるように冷媒流路６０が設けられている。この場合、支持壁部２３を介して軸受２０Ｂも効果的に冷却できる。

次に、図３及び図４を参照し、上記の冷媒流路６０に対する第１および第２の変型例について説明する。なお、第１および第２の変型例において、上述の冷媒流路６０と共通する要素や構造については同一の符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。

第１および第２の変型例に係る冷媒流路６０は、上述同様に、１パスの蛇行流路であり、インバータハウジング４の凹部６３内に配置された複数の放熱フィン６４Ａ，６４Ｂによって形成されている。ここで、第１の変型例に係る冷媒流路６０の放熱フィンは、全てモジュールプレート３１側の放熱フィン６４Ｂである。また、第２の変型例に係る冷媒流路６０の放熱フィンは、全てインバータハウジング４側の放熱フィン６４Ａである。

第１の変型例のごとく、全てをモジュールプレート３１側の放熱フィン６４Ｂとすることにより、モジュール３２の冷却に対して、より有利に作用する。一方、第２の変型例のごとく、全てをインバータハウジング４側の放熱フィン６４Ａとすることにより、インバータハウジング４およびインバータハウジング４の内部側の冷却に対して、より有利に作用する。

上述の電動コンプレッサ１では、インバータハウジング４（ハウジング２の一部）とモジュールプレート３１との間に形成された共通の冷媒流路６０を備えている。この冷媒流路６０により、インバータハウジング４とモジュールプレート３１に搭載されたモジュール３２との両方を効率よく、且つ効果的に冷却できる。更に、冷媒流路６０は放熱フィン６４Ａ，６４Ｂによって形成され、放熱フィン６４Ａ，６４Ｂは、インバータハウジング４およびモジュールプレート３１の少なくとも一方に設けられている。その結果、インバータハウジング４及びモジュール３２のうち、優先して冷却したい方に積極的に放熱フィン６４Ａ，６４Ｂを設けることも可能であり、インバータハウジング４及びモジュール３２を効率よく冷却することが可能になる。

本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、各実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

また、本開示は、自動車用電動コンプレッサに適用されるものに限定されず、船舶その他に適用されてもよい。

１ 電動コンプレッサ
２ ハウジング
４ インバータハウジング
５ モータ
８ コンプレッサインペラ（インペラ）
１２ 回転軸
２０Ａ，２０Ｂ 軸受
２１ 端壁部（仕切壁）
２３ 支持壁部（軸受支持部）
３１ モジュールプレート（プレート）
６０ 冷媒流路
６０ａ 折り返し部
６４Ａ，６４Ｂ 放熱フィン

Claims (6)

1. インペラの回転軸を回転させるモータと、
   前記モータを収容するハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられ、且つ、前記モータを駆動制御する制御回路を搭載したプレートと、
   前記ハウジングと前記プレートとの間に設けられた冷媒流路と、を備え、
   前記冷媒流路の少なくとも一部は、前記ハウジング及び前記プレートの少なくとも一方に設けられた放熱フィンによって形成されている、電動コンプレッサ。
2. 前記ハウジング及び前記プレートの両方に前記放熱フィンが設けられている、請求項１記載の電動コンプレッサ。
3. 前記ハウジング側に設けられた前記放熱フィンと前記プレート側に設けられた前記放熱フィンとは、交互に並んでいる、請求項２記載の電動コンプレッサ。
4. 前記モータを挟んで配置されて前記回転軸を支持する一対の軸受を更に備え、
   前記ハウジングは、前記一対の軸受のうち、前記プレートに近い側の一方の前記軸受と前記プレートとの間に仕切壁を備え、
   前記仕切壁の内側には、前記一方の軸受を支持する軸受支持部が設けられ、前記軸受支持部に対向する前記仕切壁の外側には、前記冷媒流路が設けられている、請求項１〜３のいずれか一項記載の電動コンプレッサ。
5. 前記冷媒流路は、折り返し部を備えた１パスの蛇行流路であり、
   前記折り返し部は湾曲している、請求項１〜４のいずれか一項記載の電動コンプレッサ。
6. 前記冷媒流路に面する表面積は、前記ハウジング側よりも、前記プレート側の方が大きい、請求項１〜５のいずれか一項記載の電動コンプレッサ。

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