WO2018088525A1 - 電動コンプレッサ - Google Patents

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WO2018088525A1
WO2018088525A1 PCT/JP2017/040593 JP2017040593W WO2018088525A1 WO 2018088525 A1 WO2018088525 A1 WO 2018088525A1 JP 2017040593 W JP2017040593 W JP 2017040593W WO 2018088525 A1 WO2018088525 A1 WO 2018088525A1
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cooling water
inverter
metal plate
case
bottom plate
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裕司 佐々木
吉田　隆
達身 猪俣
国彰 飯塚
拓也 小篠
良介 湯本
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株式会社Ihi
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    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • This disclosure relates to an electric compressor.
  • the devices described in Patent Documents 1 to 9 are known as inverters provided in electric compressor motors or other motors.
  • the device described in Patent Document 1 is an inverter-integrated electric compressor.
  • the inverter is unitized by assembling the high voltage system parts, the power system board, the control system board, the bus bar, and the like into the resin structure.
  • a heat penetration portion made of copper or the like is provided in a portion where the power element of the power substrate is installed.
  • an inverter accommodating portion is formed on the outer peripheral portion of the motor housing.
  • An inverter is accommodated in the inverter accommodating portion.
  • the heat penetration part contacts the pedestal surface of the motor housing, and the heat generated by the power element is radiated to the pedestal surface.
  • the pedestal surface functions as a heat sink and cools the power element.
  • the device described in Patent Document 2 is an inverter power unit for driving a motor of a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • a power device, a heat exchanger, a condenser, and the like are inserted into an aluminum casing.
  • the power device is in contact with the lower surface of the heat exchanger, and the capacitor is in contact with the upper surface of the heat exchanger. Piping is connected to the heat exchanger.
  • the heat exchanger cools the power device and the condenser by water cooling.
  • the present disclosure describes an electric compressor that can improve the cooling performance of an inverter.
  • an electric compressor including an inverter attached to a housing, and includes a bottom plate on which a power board of the inverter is installed, a case that houses the inverter, and a housing that is provided in the housing and facing the bottom plate of the case And a cooling water channel that is open, and the bottom plate of the case includes a first surface on which the power substrate is installed and a second surface opposite to the first surface, the bottom plate corresponding to the power substrate A metal plate is embedded at a position where the metal plate is exposed, and the back surface of the metal plate is exposed to the second surface side and faces the cooling water channel.
  • the cooling efficiency of the inverter is improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an electric compressor according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the housing and the inverter unit.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the inverter unit.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the inverter unit.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a case of the inverter unit.
  • an electric compressor including an inverter attached to a housing, and includes a bottom plate on which a power board of the inverter is installed, a case that houses the inverter, and a housing that is provided in the housing and facing the bottom plate of the case And a cooling water channel that is open, and the bottom plate of the case includes a first surface on which the power substrate is installed and a second surface opposite to the first surface, the bottom plate corresponding to the power substrate A metal plate is embedded at a position where the metal plate is exposed, and the back surface of the metal plate is exposed to the second surface side and faces the cooling water channel.
  • a metal plate is embedded in the bottom plate of the case at a position corresponding to the power board. Since the back surface of the metal plate is exposed on the second surface side of the bottom plate and faces the cooling water channel, heat generated in the power board is transmitted to the cooling water through the metal plate. Since the structure in which the cooling water is in contact with the back surface of the metal plate can be realized, the power board can be effectively cooled. Thereby, the cooling efficiency of an inverter improves.
  • the cooling water channel includes a first portion connected to the cooling water inlet and a second portion connected downstream of the first portion and connected to the cooling water outlet, the metal
  • the back side of the plate faces both the first part and the second part. This configuration enables the back surface of the metal plate to contact the cooling water at a plurality of locations on the basis of the flow of the cooling water. Thereby, the cooling efficiency of the inverter is further improved.
  • the cooling water channel is integrally formed on the outer periphery of the housing. This configuration enables the cooling water channel to contribute to cooling of the heat generating components including the stator portion in the housing. For example, when the housing is provided with a second cooling water channel for cooling the heat-generating component, the second cooling water channel and the cooling water channel for the inverter may be connected.
  • the electric compressor further includes an inverter accommodating portion that is integrally formed on the outer peripheral portion of the housing and accommodates the case and the inverter. This configuration makes it possible to easily install the unitized case and the inverter in the housing.
  • a seal member is provided between the second surface of the bottom plate of the case and the tip of the wall of the cooling water channel. This configuration can effectively prevent the cooling water in the cooling water channel from leaking outside.
  • the second surface of the bottom plate of the case is provided with a protrusion that protrudes toward the cooling water channel and positions the case with respect to the wall of the cooling water channel. This configuration ensures that the back surface of the metal plate faces the cooling water channel.
  • the metal plate is provided such that the surface thereof is flush with the first surface of the bottom plate, and the power board installed on the first surface is in contact with the surface of the metal plate.
  • This configuration makes it possible to efficiently transfer heat generated in the power board (that is, the inverter) to the metal plate. As a result, the cooling efficiency of the inverter is further improved.
  • the electric compressor 1 which concerns on one Embodiment is demonstrated.
  • the electric compressor 1 is applied to an internal combustion engine of a vehicle or a ship, for example.
  • the electric compressor 1 includes a compressor 7.
  • the electric compressor 1 rotates the compressor impeller 8 by the interaction of the rotor portion 13 and the stator portion 14, compresses a fluid such as air, and generates compressed air.
  • the electric compressor 1 includes a rotating shaft 12 that is rotatably supported in the housing 2, and a compressor impeller 8 fastened to a distal end portion 12 a of the rotating shaft 12.
  • the housing 2 includes a motor housing 3 that houses the rotor portion 13 and the stator portion 14, and a base housing 4 that closes an opening on the second end side of the motor housing 3 (right side in the drawing, opposite to the compressor impeller 8).
  • a compressor housing 6 that houses the compressor impeller 8 is provided on the first end side of the motor housing 3 (the left side in the figure, the compressor impeller 8 side).
  • the compressor housing 6 includes a suction port 9, a scroll portion 10, and a discharge port 11.
  • the rotor portion 13 is attached to the central portion of the rotation shaft 12 in the direction of the rotation axis A, and includes one or more permanent magnets (not shown) attached to the rotation shaft 12.
  • the stator portion 14 is attached to the inner surface of the motor housing 3 so as to surround the rotor portion 13 and includes a coil portion (not shown).
  • an alternating current is passed through the coil portion of the stator portion 14, the rotation shaft 12 and the compressor impeller 8 are united and rotate around the rotation axis A by the interaction between the rotor portion 13 and the stator portion 14.
  • the compressor impeller 8 rotates, the compressor 7 sucks external air through the suction port 9, compresses the air through the scroll unit 10, and discharges the compressed air from the discharge port 11.
  • the compressed air discharged from the discharge port 11 is supplied to the internal combustion engine described above.
  • the electric compressor 1 includes two bearings 20 that rotatably support the rotary shaft 12 with respect to the housing 2.
  • the bearing 20 supports the rotary shaft 12 in both ends.
  • the first bearing 20 is provided at the end of the motor housing 3 on the compressor impeller 8 side.
  • the second bearing 20 is provided at a portion protruding from the base housing 4 in the direction of the rotation axis A (compressor impeller 8 side).
  • the compressor impeller 8 is attached to the rotary shaft 12 by a shaft end nut 16 provided at the distal end portion 12 a of the rotary shaft 12.
  • the mounting structure of the inverter 60 and the cooling structure of the inverter 60 in the electric compressor 1 will be described with reference to FIGS.
  • the inverter 60 is unitized.
  • the inverter 60 is accommodated in the case 50.
  • the electric compressor 1 includes the inverter unit 40, and the inverter unit 40 includes a case 50 and an inverter 60 attached to the case 50.
  • the inverter unit 40 is attached to the outer peripheral portion of the motor housing 3.
  • the motor housing 3 includes a cylindrical peripheral wall 21 and a first outer wall 22 and a second outer wall 23 that are integrally formed outside the peripheral wall 21.
  • the pair of first outer walls 22 extending so as to be orthogonal to the direction of the rotation axis A and the pair of second outer walls 23 extending in parallel to the direction of the rotation axis A form an inverter housing portion 30 that is a rectangular frame. .
  • An accommodation space S is formed inside the inverter accommodation unit 30. As described above, the inverter unit 40 is accommodated in the inverter accommodating portion 30 formed integrally with the outer peripheral portion of the motor housing 3.
  • the inverter unit 40 is disposed in the accommodation space S.
  • the motor housing 3, the compressor housing 6, and the base housing 4 are made of aluminum, for example.
  • the peripheral wall 21, the first outer wall 22, and the second outer wall 23 are integrally formed from the same material, and are made of, for example, aluminum.
  • the inverter accommodating portion 30 may include a cover 26 (see FIG. 1) that covers an opening formed radially outward of the first outer wall 22 and the second outer wall 23.
  • the inverter accommodating portion 30 is provided with a cooling water passage 27 for cooling the inverter 60.
  • a part of the accommodation space S is used as the cooling water channel space P.
  • the cooling water channel 27 is integrally formed outside the peripheral wall 21.
  • the cooling water channel 27 is also made of aluminum, for example.
  • the cooling water channel 27 has a shape opened outward in the radial direction.
  • the cooling water channel 27 includes an inlet and an outlet (both not shown) of the cooling water.
  • the cooling water passage 27 includes a first portion P1 connected to the cooling water inlet, and a second portion P2 connected to the downstream side of the first portion P1 and connected to the cooling water outlet.
  • the inlet and the outlet may be an opening provided in the peripheral wall 21 or the wall portion 27a, or may be an end portion of a separately provided pipe.
  • These flow paths are formed by a wall portion 27 a and a partition portion 27 b that are integrally formed outside the peripheral wall 21.
  • the wall portion 27 a and the partition portion 27 b are provided so as to rise from the peripheral wall 21.
  • the wall 27a has a rectangular ring shape.
  • the upper end (tip) of the annular wall 27a is open.
  • the upper end of the wall 27a is located on the same plane.
  • the plane may be a plane parallel to the rotation axis A.
  • the above-described inlet, outlet, first portion P1, and second portion P2 can be formed by appropriately arranging the wall portion 27a and the wall portion 27a.
  • the base end part of the partition part 27b is connected to one place of the annular wall part 27a.
  • the partition portion 27b is provided so as to extend inside the wall portion 27a.
  • An inlet and an outlet may be provided on both sides of the base end portion of the partition portion 27b.
  • the 1st part P1 and the 2nd part P2 are formed in the both sides of the partition part 27b extended in the wall part 27a.
  • the shape and size of the cooling water channel 27 can be appropriately changed according to the capacity of the inverter 60, the size of the motor housing 3, and the like.
  • a second cooling water channel for cooling the stator portion 14 and the bearing 20 may be provided in the motor housing 3.
  • the second cooling water channel may be a water cooling jacket formed on the peripheral wall 21.
  • the second cooling water channel may be connected to the inlet or the outlet of the cooling water channel 27 described above.
  • the electric compressor 1 may be provided with a pump for flowing cooling water through the cooling water passage 27 (and the second cooling water passage), a cooling water storage section, and the like.
  • a pump, a cooling water reservoir, and the like can be realized by a known technique.
  • the height of the wall portion 27a rising from the peripheral wall 21 is lower than the height of the first outer wall 22 (or the second outer wall 23).
  • the inverter unit 40 is installed in a portion above the cooling water channel space P (outside in the radial direction). In other words, the cooling water passage 27 is disposed below the inverter unit 40.
  • the case 50 is made of resin, for example.
  • Examples of the material used for the case 50 include PPS.
  • the resin material used for the case 50 is not particularly limited.
  • the case main body 51 of the case 50 includes four side plates 52 and a bottom plate 53 that connects the lower ends of these side plates 52.
  • the case main body 51 which is a bottomed and rectangular frame is opened outward in the radial direction.
  • the power board 63 of the inverter 60 is installed on the bottom plate 53 of the case body 51.
  • the power substrate 63 is an aluminum substrate.
  • a control board (not shown) of the inverter 60 may be provided above the case body 51, that is, above the power board 63.
  • a flange 54 is provided at the upper ends of the four side plates 52. As shown in FIG. 4, the rectangle formed by the side plate 52 is slightly smaller than the rectangle formed by the first outer wall 22 and the second outer wall 23.
  • Case 50 is housed in inverter housing 30.
  • the flange 54 is located corresponding to the first outer wall 22 and the second outer wall 23 and covers the upper ends of these outer walls.
  • the bottom plate 53 includes a first surface 53a on which the power board 63 is installed and a second surface 53b opposite to the first surface 53a.
  • the second surface 53b of the bottom plate 53 faces the upper end (tip) of the wall portion 27a.
  • the cooling water channel 27 is opened toward the bottom plate 53.
  • a seal member 70 is provided between the second surface 53b of the bottom plate 53 and the upper end of the wall portion 27a.
  • the seal member 70 is made of rubber, for example.
  • the seal member 70 is provided in an annular shape over the entire upper end of the wall portion 27a, and prevents the cooling water in the cooling water passage 27 from leaking to the outside.
  • a metal plate 55 is embedded in the bottom plate 53 at a position corresponding to the power substrate 63.
  • the metal plate 55 is made of, for example, aluminum.
  • the metal plate 55 is embedded in the bottom plate 53 of the case body 51 by insert molding.
  • the metal plate 55 is smaller than the power board 63, for example.
  • the region where the power board 63 is provided includes the region where the metal plate 55 is provided.
  • the power board 63 completely covers the surface 55 a of the metal plate 55.
  • the metal plate 55 is particularly provided at a position corresponding to a plurality of capacitors 61 and a plurality of MOSFETs (Metal-Oxide-semiconductor field-effect transistors) 62 provided on the power substrate 63.
  • MOSFETs Metal-Oxide-semiconductor field-effect transistors
  • the metal plate 55 is provided in a region where the capacitor 61 and the MOSFET 62 are provided.
  • the projection image obtained by projecting the capacitor 61 and the MOSFET 62 perpendicularly to the surface 55 a of the metal plate 55 is located within the range of the metal plate 55.
  • the position of the metal plate 55 with respect to the capacitor 61 and the MOSFET 62 may be slightly shifted.
  • the capacitor 61 and the MOSFET 62 are main heat generating components of the inverter 60.
  • the metal plate 55 should just be in the position which can receive the heat which generate
  • the projection image described above may partially overlap with the range of the metal plate 55.
  • three metal plates 55 are provided corresponding to a three-phase AC circuit.
  • Three metal plates 55 are arranged in a line.
  • the direction in which the metal plates 55 are aligned corresponds to the direction in which the capacitors 61 and the MOSFETs 62 are aligned, and also corresponds to the direction in which the cooling water channel 27 (the first portion P1 and the second portion P2) extends.
  • Each metal plate 55 corresponds to, for example, two MOSFETs 62 (see FIG. 2).
  • a single metal plate 55 may be provided on the power substrate 63 so as to correspond to all the capacitors 61 and all the MOSFETs 62.
  • the inverter unit 40 is provided with fastening members (bolts, nuts, etc.) for attaching the power board 63 to the case 50, bus bars for supplying current, and the like. As shown in FIG. 5, a plurality of copper pins 57 may be erected on the bottom plate 53.
  • the metal plate 55 includes a front surface 55a and a back surface 55b.
  • the metal plate 55 is provided such that the surface 55 a is flush with the first surface 53 a of the bottom plate 53.
  • the power board 63 installed on the first surface 53a of the bottom plate 53 is in contact with the surface 55a of the metal plate 55, for example, in a planar shape.
  • the bottom plate 53 is provided with an opening 53d on the second surface 53b side corresponding to the region where the metal plate 55 is embedded.
  • the opening 53d communicates with the first portion P1 and the second portion P2 of the cooling water channel 27.
  • the back surface 55b of the metal plate 55 is exposed to the second surface 53b side, and faces the first portion P1 and the second portion P2 (that is, the cooling water channel 27).
  • the width of the metal plate 55 (the length in the short side direction of the power substrate 63 shown in FIG. 4) is larger than the width of the opening 53d.
  • the end of the metal plate 55 is located above the wall 27a.
  • the height of the partition part 27b may be higher than the height of the wall part 27a.
  • the upper end of the partition portion 27 b may be disposed in the opening 53 d and may be close to the back surface 55 b of the metal plate 55.
  • the second surface 53b of the bottom plate 53 is provided with a protruding portion 53c that protrudes toward the cooling water channel 27 at the periphery of the opening 53d.
  • the protruding portion 53 c is arranged inside the wall portion 27 a and guides the case 50 when the case 50 is attached to the inverter accommodating portion 30. In other words, the protruding portion 53 c positions the case 50 with respect to the wall portion 27 a of the cooling water channel 27.
  • the protruding portion 53c is a guide portion.
  • One protrusion 53c may be provided continuously so as to extend along the wall 27a.
  • the plurality of protruding portions 53c may be provided intermittently so as to be separated along the wall portion 27a.
  • the seal member 70 is disposed so as to be adjacent to the outside of the protruding portion 53c.
  • the first portion P1 and the second portion P2 are formed by the peripheral wall 21, the wall portion 27a, the partition portion 27b, the opening 53d (projecting portion 53c) of the bottom plate 53, and the back surface 55b of the metal plate 55. It becomes a defined space.
  • the seal member 70 enhances water tightness.
  • the cooling water flowing through the cooling water channel 27 can come into contact with the peripheral wall 21, the wall portion 27 a, the partition portion 27 b, the protruding portion 53 c, and the back surface 55 b of the metal plate 55.
  • the back surface 55b of the metal plate 55 faces both the first part P1 and the second part P2.
  • the metal plate 55 is embedded in the bottom plate 53 of the case 50 at a position corresponding to the power board 63. Since the back surface 55b of the metal plate 55 is exposed to the second surface 53b side of the bottom plate 53 and faces the cooling water passage 27, the heat generated in the power board 63 is transmitted to the cooling water via the metal plate 55. Is done. Since the configuration in which the cooling water is in contact with the back surface 55b of the metal plate 55 can be realized, the power board 63 can be effectively cooled. Thereby, the cooling efficiency of the inverter 60 is improved.
  • the back surface 55b of the metal plate 55 faces both the first portion P1 and the second portion P2 of the cooling water channel 27. According to this configuration, the back surface 55b of the metal plate 55 contacts the cooling water at a plurality of locations on the basis of the flow of the cooling water. Thereby, the cooling efficiency of the inverter 60 further improves.
  • the inverter unit 40 (case 50 and inverter 60) can be easily installed in the motor housing 3.
  • the sealing member 70 can effectively prevent the cooling water in the cooling water passage 27 from leaking to the outside.
  • the back surface 55b of the metal plate 55 reliably faces the cooling water channel 27.
  • the heat generated in the power substrate 63 (that is, the inverter 60) is efficiently transmitted to the metal plate 55.
  • the cooling efficiency of the inverter 60 is further improved.
  • the metal plates 55 are arranged in a number corresponding to the plurality of power boards 63, for example, the arrangement of the power boards 63 is compared with the case where the metal plates 55 are arranged corresponding to the plurality of power boards 63.
  • the metal plate does not have to be a vertically long shape.
  • the metal plate 55 has a thin plate shape. The vertically long shape tends to cause the metal plate to warp.
  • the warp of the metal plate 55 can be suppressed and the contact area with the power substrate 63 can be increased. As a result, the cooling efficiency of the inverter 60 is increased.
  • the assembly of the apparatus is improved.
  • the positioning protrusion 53 c may be located outside the wall 27 a of the cooling water channel 27.
  • the positioning protrusion may be omitted.
  • the seal member 70 may be omitted.
  • Another structure may be provided between the second surface 53b of the bottom plate 53 of the case 50 and the tip of the wall 27a of the cooling water channel 27 to prevent leakage of cooling water and ensure water tightness.
  • the back surface 55b of the metal plate 55 is not limited to the case where it faces the upstream part (first part P1) and the downstream part (second part P2) of the cooling water channel 27, but faces one place on the basis of the flow of the cooling water. May be.
  • the outer walls 22 and 23 (inverter accommodating portion 30) that surround and accommodate the inverter unit 40 may be omitted.
  • the cooling water channel may not be formed integrally with the outer peripheral portion of the motor housing 3, and a cooling water channel formed separately may be attached to the motor housing 3.
  • the whole surface 55a of the metal plate 55 is not limited to the configuration in which the metal plate 55 is in contact with the power board 63.
  • a part of the surface 55 a of the metal plate 55 may abut on the power substrate 63.
  • the metal plate 55 is completely embedded in the bottom plate 53, and the surface 55 a of the metal plate 55 is not exposed to the first surface 53 a side and may not be in contact with the power board 63.
  • a part of the bottom plate 53 may exist in a thin plate shape between the surface 55 a of the metal plate 55 and the power substrate 63. Heat is transmitted through the thin resin portion, and the power substrate 63 can be cooled.
  • the case 50 may be made of metal, for example.
  • the cooling efficiency of the inverter is improved.

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Abstract

電動コンプレッサは、インバータのパワー基板が設置される底板を含み、インバータを収容するケースと、ハウジングに設けられ、ケースの底板に向けて開放された冷却水路と、を備える。ケースの底板は、パワー基板が設置される第１面と、第１面とは反対側の第２面とを含む。底板には、パワー基板に対応する位置に金属板が埋め込まれており、金属板の裏面は第２面側に露出すると共に冷却水路に面している。

Description

電動コンプレッサ
　本開示は、電動コンプレッサに関する。
　電動コンプレッサのモータまたはその他のモータに設けられるインバータとして、特許文献１～９に記載の装置が知られている。たとえば、特許文献１に記載の装置は、インバータ一体型の電動コンプレッサである。高電圧系部品、パワー系基板、制御系基板、およびバスバ等が、樹脂構造体に組み付けられることにより、インバータはユニット化されている。パワー系基板のパワー素子が設置されている部位には、銅等からなる熱貫通部が設けられている。一方、モータハウジングの外周部にはインバータ収容部が形成されている。このインバータ収容部に、インバータが収容される。熱貫通部は、モータハウジングの台座面に接触し、パワー素子で発生した熱は台座面に放熱される。台座面は、ヒートシンクとして機能し、パワー素子を冷却する。
　特許文献２に記載の装置は、ハイブリッド自動車または電気自動車のモータを駆動させるためのインバータパワーユニットである。この装置では、アルミニウム製の筐体内に、パワーデバイス、熱交換器、およびコンデンサ等が挿入される。熱交換器の下面にパワーデバイスが接触しており、熱交換器の上面にコンデンサが接触している。熱交換器には配管が接続されている。熱交換器は、水冷式にて、パワーデバイスおよびコンデンサを冷却する。
特開２０１４－１１４７２５号公報 特開２００７－２０２３８号公報 国際公開第２０１５／１８８０２８号 国際公開第２０１６／００９１３３号 国際公開第２０１６／０１２６６６号 特開２０１２－９２７４７号公報 特開２００３－３２４９０３号公報 特開２００７－８９２５８号公報 特開２００８－１２８１４２号公報
　従来の技術では、発熱する電気部品（パワー基板等）の冷却が試みられているものの、冷却性能に改善の余地があった。また、インバータが設けられた電動コンプレッサに関し、インバータをいかに冷却するかは重要な課題である。本開示は、インバータの冷却性能を向上させることができる電動コンプレッサを説明する。
　本開示の一態様は、ハウジングに取り付けられたインバータを備える電動コンプレッサであって、インバータのパワー基板が設置される底板を含み、インバータを収容するケースと、ハウジングに設けられ、ケースの底板に向けて開放された冷却水路と、を備え、ケースの底板は、パワー基板が設置される第１面と、第１面とは反対側の第２面とを含み、底板には、パワー基板に対応する位置に金属板が埋め込まれており、金属板の裏面は第２面側に露出すると共に冷却水路に面している。
　本開示の一態様によれば、インバータの冷却効率が向上する。
図１は、本開示の一実施形態に係る電動コンプレッサを示す断面図である。 図２は、ハウジングおよびインバータユニットを示す分解斜視図である。 図３は、インバータユニットを示す斜視図である。 図４は、インバータユニットの断面図である。 図５は、インバータユニットのケースを示す斜視図である。
　本開示の一態様は、ハウジングに取り付けられたインバータを備える電動コンプレッサであって、インバータのパワー基板が設置される底板を含み、インバータを収容するケースと、ハウジングに設けられ、ケースの底板に向けて開放された冷却水路と、を備え、ケースの底板は、パワー基板が設置される第１面と、第１面とは反対側の第２面とを含み、底板には、パワー基板に対応する位置に金属板が埋め込まれており、金属板の裏面は第２面側に露出すると共に冷却水路に面している。
　この電動コンプレッサによれば、ケースの底板には、パワー基板に対応する位置に金属板が埋め込まれている。金属板の裏面は底板の第２面側に露出しており、冷却水路に面しているので、金属板を介して、パワー基板で発生した熱が冷却水に伝達される。冷却水が金属板の裏面に接する構成が実現され得るので、パワー基板は効果的に冷却され得る。これにより、インバータの冷却効率が向上する。
　いくつかの態様において、冷却水路は、冷却水の入口に接続される第１部分と、第１部分の下流側に接続されると共に冷却水の出口に接続される第２部分とを含み、金属板の裏面は、第１部分および第２部分の両方に面している。この構成は、金属板の裏面が、冷却水の流れを基準として複数の箇所において冷却水に接することを可能とする。これにより、インバータの冷却効率が更に向上する。
　いくつかの態様において、冷却水路は、ハウジングの外周部に一体的に形成されている。この構成は、冷却水路が、ハウジング内のステータ部を含む発熱部品の冷却にも寄与することを可能とする。たとえば、ハウジングに、その発熱部品を冷却する第２冷却水路が設けられている場合に、その第２冷却水路とインバータ用の上記冷却水路とが接続されてもよい。
　いくつかの態様において、電動コンプレッサは、ハウジングの外周部に一体的に形成され、ケースおよびインバータを収容するインバータ収容部を更に備える。この構成は、ユニット化されたケースおよびインバータを容易にハウジングに設置することを可能とする。
　いくつかの態様において、ケースの底板の第２面と冷却水路の壁部の先端との間には、シール部材が設けられている。この構成は、冷却水路内の冷却水が外部に漏出することを効果的に防止し得る。
　いくつかの態様において、ケースの底板の第２面には、冷却水路に向けて突出し、冷却水路の壁部に対してケースを位置決めするための突出部が設けられている。この構成は、金属板の裏面が冷却水路に面することを確実にする。
　いくつかの態様において、金属板は、その表面が底板の第１面と面一になるように設けられており、第１面上に設置されたパワー基板は金属板の表面に当接している。この構成は、パワー基板（すなわちインバータ）で発生する熱を効率的に金属板に伝達することを可能とする。その結果として、インバータの冷却効率が更に向上する。
　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。以下の説明において、「径方向」という場合、回転軸１２の回転軸線Ａが基準とされる。
　図１を参照して、一実施形態に係る電動コンプレッサについて説明する。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。
　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１２ａに締結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、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の第２端側（図示右側、コンプレッサインペラ８と反対側）の開口を閉鎖するベースハウジング４とを備える。モータハウジング３の第１端側（図示左側、コンプレッサインペラ８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の回転軸線Ａ方向の中央部に取り付けられており、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の内面に取り付けられており、コイル部（図示せず）を含む。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軸線Ａを中心に回転する。コンプレッサインペラ８が回転すると、コンプレッサ７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、圧縮空気を吐出口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２０を備える。軸受２０は、回転軸１２を両持ちで支持している。第１の軸受２０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。第２の軸受２０は、ベースハウジング４から回転軸線Ａ方向（コンプレッサインペラ８側）に突出する部分に設けられている。例えば回転軸１２の先端部１２ａに設けられた軸端ナット１６によって、コンプレッサインペラ８は回転軸１２に取り付けられている。
　続いて、図１、図２および図３を参照して、電動コンプレッサ１におけるインバータ６０の取付構造およびインバータ６０の冷却構造について説明する。図２および図３に示されるように、電動コンプレッサ１では、インバータ６０はユニット化されている。インバータ６０はケース５０の内部に収容されている。言い換えれば、電動コンプレッサ１はインバータユニット４０を備えており、インバータユニット４０は、ケース５０とケース５０に取り付けられたインバータ６０とを有する。
　図１および図２に示されるように、インバータユニット４０は、モータハウジング３の外周部に取り付けられている。モータハウジング３は、円筒状の周壁２１と、周壁２１の外部に一体的に形成された第１外壁２２および第２外壁２３とを含む。回転軸線Ａ方向に直交するように延びる一対の第１外壁２２と、回転軸線Ａ方向に平行に延びる一対の第２外壁２３とによって、矩形の枠体であるインバータ収容部３０が形成されている。インバータ収容部３０の内部には、収容スペースＳが形成されている。このように、インバータユニット４０は、モータハウジング３の外周部に一体的に形成されたインバータ収容部３０に収容されている。インバータユニット４０は、収容スペースＳに配置されている。
　モータハウジング３、コンプレッサハウジング６、およびベースハウジング４は、たとえばアルミニウム製である。周壁２１、第１外壁２２、および第２外壁２３は、同じ材料から一体成形されており、たとえばアルミニウム製である。インバータ収容部３０は、第１外壁２２および第２外壁２３の径方向外方に形成された開口を覆うカバー２６（図１参照）を含んでもよい。
　インバータ収容部３０には、インバータ６０を冷却するための冷却水路２７が設けられている。言い換えれば、収容スペースＳの一部は、冷却水路スペースＰとして用いられている。冷却水路２７は、周壁２１の外部に一体的に形成されている。冷却水路２７も、たとえばアルミニウム製である。
　図２および図４に示されるように、冷却水路２７は、径方向外方に向けて開放された形状をなす。冷却水路２７は、冷却水の入口および出口（いずれも図示せず）を含む。冷却水路２７は、冷却水の入口に接続される第１部分Ｐ１と、第１部分Ｐ１の下流側に接続されて、冷却水の出口に接続される第２部分Ｐ２とを含む。入口および出口は、周壁２１または壁部２７ａに設けられた開口であってもよいし、別途設けられた配管の端部であってもよい。
　これらの流路は、周壁２１の外部に一体的に形成された壁部２７ａおよび仕切り部２７ｂによって形成されている。壁部２７ａおよび仕切り部２７ｂは、周壁２１から立ち上がるように設けられている。壁部２７ａは、矩形環状をなしている。環状の壁部２７ａの上端（先端）は、開放されている。壁部２７ａの上端は、同一平面上に位置する。その平面は、回転軸線Ａに平行な平面であり得る。
　上記した入口、出口、第１部分Ｐ１、および第２部分Ｐ２は、壁部２７ａおよび壁部２７ａを適宜に配置することで形成され得る。たとえば、環状の壁部２７ａの一箇所に、仕切り部２７ｂの基端部が接続される。仕切り部２７ｂは、壁部２７ａの内部に延びるように設けられる。仕切り部２７ｂの基端部の両側に、入口および出口が設けられ得る。そして、壁部２７ａ内に延在する仕切り部２７ｂの両側に、第１部分Ｐ１および第２部分Ｐ２が形成される。冷却水路２７の形状および大きさは、インバータ６０の容量やモータハウジング３の大きさ等に応じて、適宜、変更可能である。
　ステータ部１４や軸受２０等を冷却するための第２冷却水路が、モータハウジング３に設けられてもよい。たとえば、第２冷却水路は、周壁２１に形成された水冷ジャケットであり得る。その第２冷却水路が、上述した冷却水路２７の入口または出口に接続されてもよい。電動コンプレッサ１には、冷却水路２７（および第２冷却水路）に冷却水を流すためのポンプや冷却水の貯留部等が設けられ得る。ポンプや冷却水の貯留部等は、公知の技術によって実現され得る。
　周壁２１から立ち上がる壁部２７ａの高さは、第１外壁２２（または第２外壁２３）の高さよりも低い。収容スペースＳのうち、冷却水路スペースＰよりも上方（径方向外方）の部分に、インバータユニット４０が設置される。言い換えれば、インバータユニット４０の下方に冷却水路２７が配置される。
　続いて、インバータユニット４０について説明する。ケース５０は、例えば樹脂製である。ケース５０に用いられる材料としては、たとえば、ＰＰＳ等が挙げられる。ただし、ケース５０に用いられる樹脂材料は、特に限定されない。ケース５０のケース本体５１は、４つの側板５２と、これらの側板５２の下端を連結する底板５３とを含む。有底かつ矩形の枠体であるケース本体５１は、径方向外方に向けて開放されている。
　ケース本体５１の底板５３上に、インバータ６０のパワー基板６３が設置される。パワー基板６３は、アルミニウム製の基板である。ケース本体５１の上部すなわちパワー基板６３の上方には、インバータ６０の制御基板（図示しない）が設けられてもよい。４つの側板５２の上端には、フランジ５４が設けられている。図４に示されるように、側板５２によって形成される矩形は、第１外壁２２および第２外壁２３によって形成される矩形よりも多少小さくなっている。ケース５０は、インバータ収容部３０内に収まる。フランジ５４は、第１外壁２２および第２外壁２３に対応して位置し、これら外壁の上端を覆う。
　底板５３は、パワー基板６３が設置される第１面５３ａと、第１面５３ａとは反対側の第２面５３ｂとを含む。底板５３の第２面５３ｂは、壁部２７ａの上端（先端）に対面する。言い換えれば、冷却水路２７は、底板５３に向けて開放されている。底板５３の第２面５３ｂと壁部２７ａの上端との間には、シール部材７０が設けられている。シール部材７０は、たとえばゴム製である。シール部材７０は、たとえば、壁部２７ａの上端の全体にわたって環状に設けられ、冷却水路２７内の冷却水が外部に漏出するのを防止する。
　底板５３には、パワー基板６３に対応する位置に、金属板５５が埋め込まれている。金属板５５は、たとえばアルミニウム製である。金属板５５は、たとえば、ケース本体５１の底板５３に対してインサート成形によって埋め込まれている。金属板５５は、たとえば、パワー基板６３よりも小さい。パワー基板６３が設けられる領域は、金属板５５が設けられる領域を包含している。パワー基板６３は、金属板５５の表面５５ａを完全に覆っている。
　金属板５５は、特に、パワー基板６３上に設けられた複数のコンデンサ６１および複数のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-semiconductor　field-effect　transistor）６２に対応する位置に設けられている。金属板５５の表面５５ａに垂直な方向から見た場合に、コンデンサ６１およびＭＯＳＦＥＴ６２が設けられた領域には、金属板５５が設置されている。言い換えれば、コンデンサ６１およびＭＯＳＦＥＴ６２が金属板５５の表面５５ａに垂直に投影された投影像は、金属板５５の範囲内に位置する。なお、コンデンサ６１およびＭＯＳＦＥＴ６２に対する金属板５５の位置は、多少ずれていてもよい。コンデンサ６１およびＭＯＳＦＥＴ６２は、インバータ６０の主な発熱部品であると言える。金属板５５は、これらの部品において発生する熱を、受け取ることができる位置にあればよい。上記した投影像が、金属板５５の範囲と一部のみ重複していてもよい。
　より詳細には、三相の交流回路に対応して、３枚の金属板５５が設けられている。３枚の金属板５５が、一列に並んでいる。金属板５５が並ぶ方向は、コンデンサ６１およびＭＯＳＦＥＴ６２が並ぶ方向に一致しており、かつ、冷却水路２７（第１部分Ｐ１および第２部分Ｐ２）が延びる方向に一致している。各金属板５５は、たとえば、２つのＭＯＳＦＥＴ６２に対応している（図２参照）。３枚の金属板５５を用いることにより、１枚の金属板５５を用いる場合に比して、金属板５５の反りの問題が解決されやすくなっている。なお、パワー基板６３に対して、全てのコンデンサ６１および全てのＭＯＳＦＥＴ６２に対応するように、１枚の金属板５５が設けられてもよい。
　インバータユニット４０には、上記した部品以外にも、パワー基板６３をケース５０取り付けるための締結部材（ボルトおよびナット等）、電流供給のためのバスバ等が設けられる。図５に示されるように、底板５３には、複数の銅製のピン５７が立設されてもよい。
　図４および図５に示されるように、金属板５５は、表面５５ａと裏面５５ｂとを含む。金属板５５は、表面５５ａが底板５３の第１面５３ａと面一になるように設けられている。底板５３の第１面５３ａ上に設置されたパワー基板６３は、金属板５５の表面５５ａに、たとえば面状に当接している。
　一方、底板５３には、金属板５５が埋め込まれた領域に対応して、第２面５３ｂ側に開口５３ｄが設けられている。この開口５３ｄが、冷却水路２７の第１部分Ｐ１および第２部分Ｐ２に連通している。開口５３ｄが設けられることにより、金属板５５の裏面５５ｂは、第２面５３ｂ側に露出しており、第１部分Ｐ１および第２部分Ｐ２（すなわち冷却水路２７）に面している。なお、金属板５５の幅（図４に示される、パワー基板６３の短辺方向の長さ）は、開口５３ｄの幅よりも大きい。金属板５５の端部は壁部２７ａの上方に位置している。金属板５５の端部と壁部２７ａとの間に、底板５３の薄い部分と、上記のシール部材７０が配置される。仕切り部２７ｂの高さは壁部２７ａの高さより高くてもよい。仕切り部２７ｂの上端は、開口５３ｄに配置されて、金属板５５の裏面５５ｂに近接していてもよい。
　底板５３の第２面５３ｂには、開口５３ｄの周縁部において、冷却水路２７に向けて突出する突出部５３ｃが設けられている。突出部５３ｃは、壁部２７ａの内側に配置されており、ケース５０をインバータ収容部３０に取り付ける際に、ケース５０を案内する。言い換えれば、突出部５３ｃは、冷却水路２７の壁部２７ａに対してケース５０を位置決めする。突出部５３ｃは、ガイド部である。１つの突出部５３ｃが、壁部２７ａに沿って延びるように連続的に設けられてもよい。複数の突出部５３ｃが、壁部２７ａに沿って離間するように間欠的に設けられてもよい。
　上記のシール部材７０は、突出部５３ｃの外側に隣接するように配置される。以上の構成により、第１部分Ｐ１および第２部分Ｐ２は、周壁２１と、壁部２７ａと、仕切り部２７ｂと、底板５３の開口５３ｄ（突出部５３ｃ）と、金属板５５の裏面５５ｂとによって画成された空間となる。シール部材７０によって、水密性が高められている。冷却水路２７を流れる冷却水は、周壁２１、壁部２７ａ、仕切り部２７ｂ、突出部５３ｃ、および金属板５５の裏面５５ｂに接し得る。金属板５５の裏面５５ｂは、第１部分Ｐ１および第２部分Ｐ２の両方に面している。これにより、インバータ６０の発熱部品と冷却水との間で、金属板５５を介在させた熱交換が効率的に行われる。
　本実施形態の電動コンプレッサ１によれば、ケース５０の底板５３には、パワー基板６３に対応する位置に金属板５５が埋め込まれている。金属板５５の裏面５５ｂは底板５３の第２面５３ｂ側に露出しており、冷却水路２７に面しているので、金属板５５を介して、パワー基板６３で発生した熱が冷却水に伝達される。冷却水が金属板５５の裏面５５ｂに接する構成が実現され得るので、パワー基板６３は効果的に冷却され得る。これにより、インバータ６０の冷却効率が向上する。
　金属板５５の裏面５５ｂが冷却水路２７の第１部分Ｐ１および第２部分Ｐ２の両方に面している。この構成によれば、金属板５５の裏面５５ｂが、冷却水の流れを基準として複数の箇所において冷却水に接する。これにより、インバータ６０の冷却効率が更に向上する。
　モータハウジング３に一体的に形成されたインバータ収容部３０によれば、インバータユニット４０（ケース５０およびインバータ６０）を容易にモータハウジング３に設置できる。
　シール部材７０によれば、冷却水路２７内の冷却水が外部に漏出することを効果的に防止し得る。
　ケース５０を位置決めするための突出部５３ｃによれば、金属板５５の裏面５５ｂが冷却水路２７に確実に面する。
　パワー基板６３が金属板５５の表面５５ａに当接する構成によれば、パワー基板６３（すなわちインバータ６０）で発生する熱が効率的に金属板５５に伝達される。その結果として、インバータ６０の冷却効率が更に向上する。また、金属板５５を複数のパワー基板６３に対応した枚数で各々配置すると、一枚の金属板５５で複数のパワー基板６３に対応して配置する場合と比べて、例えばパワー基板６３の配列に合わせて金属板を縦長な形状とせずに済む。金属板５５は薄板状である。縦長な形状は金属板の反りを招きやすい。金属板５５をパワー基板６３に対応した枚数で各々配置する場合は、金属板５５の反りを抑えて、パワー基板６３との接触面積を大きくできる。その結果、インバータ６０の冷却効率が高まる。
　ユニット化されたインバータユニット４０によれば、装置の組立性が向上する。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、位置決め用の突出部５３ｃは、冷却水路２７の壁部２７ａの外側に位置してもよい。位置決め用の突出部は省略されてもよい。
　シール部材７０は省略されてもよい。ケース５０の底板５３の第２面５３ｂと冷却水路２７の壁部２７ａの先端との間に、冷却水の漏出を防止して水密性を確保する他の構造が設けられてもよい。
　金属板５５の裏面５５ｂは冷却水路２７の上流部分（第１部分Ｐ１）と下流部分（第２部分Ｐ２）とに面する場合に限られず、冷却水の流れを基準として一箇所に面していてもよい。
　インバータユニット４０を包囲し収容する外壁２２，２３（インバータ収容部３０）は、省略されてもよい。モータハウジング３の外周部に冷却水路が一体的に成形されておらず、別体に成形された冷却水路がモータハウジング３に取り付けられていてもよい。
　金属板５５の表面５５ａの全体がパワー基板６３に当接する構成に限られない。金属板５５の表面５５ａの一部がパワー基板６３に当接してもよい。金属板５５が底板５３に完全に埋め込まれていて、金属板５５の表面５５ａが第１面５３ａ側に露出しておらず、パワー基板６３に当接していなくてもよい。たとえば、金属板５５の表面５５ａとパワー基板６３との間に、底板５３の一部が薄板状に存在していてもよい。薄板状の樹脂部分を介して熱が伝達され、パワー基板６３を冷却することができる。
　ケース５０が樹脂製である場合に限られない。ケース５０は、例えば金属製等であってもよい。
　本開示のいくつかの態様によれば、インバータの冷却効率が向上する。
１　電動コンプレッサ
２　ハウジング
３　モータハウジング
４　ベースハウジング
６　コンプレッサハウジング
７　コンプレッサ
８　コンプレッサインペラ
１２　回転軸
１３　ロータ部
１４　ステータ部
２１　周壁
２２　第１外壁
２３　第２外壁
２７　冷却水路
２７ａ　壁部
３０　インバータ収容部
４０　インバータユニット
５０　ケース
５１　ケース本体
５２　側板
５３　底板
５３ａ　第１面
５３ｂ　第２面
５３ｃ　突出部
５５　金属板
５５ａ　表面
５５ｂ　裏面
６０　インバータ
６１　コンデンサ
６２　ＭＯＳＦＥＴ
６３　パワー基板
７０　シール部材

Claims (7)

  1. 　ハウジングに取り付けられたインバータを備える電動コンプレッサであって、
    　前記インバータのパワー基板が設置される底板を含み、前記インバータを収容するケースと、
    　前記ハウジングに設けられ、前記ケースの前記底板に向けて開放された冷却水路と、を備え、
    　前記ケースの前記底板は、前記パワー基板が設置される第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを含み、
    　前記底板には、前記パワー基板に対応する位置に金属板が埋め込まれており、前記金属板の裏面は前記第２面側に露出すると共に前記冷却水路に面している、電動コンプレッサ。
  2. 　前記冷却水路は、冷却水の入口に接続される第１部分と、前記第１部分の下流側に接続されると共に前記冷却水の出口に接続される第２部分とを含み、
    　前記金属板の裏面は、前記第１部分および前記第２部分の両方に面している、請求項１に記載の電動コンプレッサ。
  3. 　前記冷却水路は、前記ハウジングの外周部に一体的に形成されている、請求項１または２に記載の電動コンプレッサ。
  4. 　前記ハウジングの外周部に一体的に形成され、前記ケースおよび前記インバータを収容するインバータ収容部を更に備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の電動コンプレッサ。
  5. 　前記ケースの前記底板の前記第２面と前記冷却水路の壁部の先端との間には、シール部材が設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電動コンプレッサ。
  6. 　前記ケースの前記底板の前記第２面には、前記冷却水路に向けて突出し、前記冷却水路の壁部に対して前記ケースを位置決めするための突出部が設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の電動コンプレッサ。
  7. 　前記金属板は、その表面が前記底板の前記第１面と面一になるように設けられており、前記第１面上に設置された前記パワー基板は前記金属板の前記表面に当接している、請求項１～６のいずれか一項に記載の電動コンプレッサ。
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