JP4699085B2 - 車両用電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車等の車両用空調装置に使用される車両用電動圧縮機に関するものである。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車のように、電気の動力を利用して走行する車両の開発及び市場への投入が急速に進んでいる。このような車両に装備される車両用空調装置では、従来の内燃機関で走行する車両とは異なり、冷媒を圧縮して送出する圧縮機の駆動にも電気を動力として利用する電動圧縮機が採用されている。
このような電動圧縮機は、圧縮機構及び電動機を同じハウジング内に内蔵する密閉型圧縮機の構成が一般的に採用されている。さらに、車両用空調装置の電動圧縮機は、電源から入力された電力を電動機に供給して運転制御を行うインバータ制御装置を備え、このインバータ制御装置は、圧縮機とは別体に設置されている。

また、インバータ制御を行う冷凍装置（特に、空気調和機の室外機）の従来技術としては、冷凍装置及びインバータ装置を小型化するとともに、冷凍サイクルの信頼性向上を目的として、インバータ等を実装した基板のパワー半導体面にゲルを充填することが提案されている。この従来技術では、ゲルの充填によりパワー半導体素子が保護され、さらに、ゲル表面を樹脂封入することにより絶縁されるので、パワーモジュールの信頼性が向上するとされる。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００４−０５３０５０号公報（段落番号〔００２３〕及び図５など）

ところで、車両用空調装置に使用される車両用電動圧縮機（以下、「電動圧縮機」と呼ぶ）は、車両走行用の駆動力を発生させる電動機や発電機駆動用の内燃機関等とともにエンジンルーム内に設置される。このため、高温の放射熱や振動の影響を受けやすい設置環境となり、インバータ制御装置を構成する各種の電気・電子部品（たとえば、パワー素子やコンデンサ）等を周囲環境から保護して動作を保証するためには、冷却構造や振動対策が必要となる。
また、エンジンルーム内に設置される機器類は、−４０℃程度の低温から百数十℃程度の高温まで大きな温度変化を伴う環境での使用に耐える必要があるので、特に、インバータ制御装置等の電気機器類については、結露等により発生する水滴に対する対策も必要となる。

このような背景から、車両用空調装置に使用される電動圧縮機は、信頼性や耐久性を確保するため、放射熱、振動及び水滴に対する対策が必須条件となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、放射熱、振動及び水滴に対する対策が施された車両用電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の請求項１に係る車両用電動圧縮機は、電動機により圧縮機構を駆動して車両用空調装置の冷媒を圧縮する車両用電動圧縮機において、前記電動機を制御する制御装置の制御機器類を収納設置する筐体内に、ＣＰＵやパワー素子等の発熱量の大きい電装部品の高さのみまで絶縁ゲル剤を充填したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の車両用電動圧縮機によれば、電動機を制御する制御装置の制御機器類を収納設置する筐体内に、ＣＰＵやパワー素子等の発熱量の大きい電装部品の高さのみまで絶縁ゲル剤を充填したので、絶縁ゲルに覆われた筐体内の電機部品は、電気的に絶縁されるとともに水滴の侵入が防止される。さらに、絶縁ゲルに覆われた筐体内の電機部品は、基板等の振動が低減され、振動により固定用のビス等が緩むことも防止される。

請求項１に記載の車両用電動圧縮機においては、前記制御装置が、前記圧縮機構を収納するハウジングの低圧冷媒室に密接して設置されていることが好ましく、これにより、低圧冷媒室内の低温ガス冷媒により制御装置の電装部品を冷却することができる。なお、インバータ制御装置においては、特に、発熱量の大きいパワー素子や冷却することが好ましいコンデンサ等を効率よく冷却する配置が好ましい。

また、請求項２に記載の車両用電動圧縮機において、前記低圧冷媒室は、冷媒を取り入れるための冷媒取入口が連通して設けられ、前記電装部品はパワー素子を含み、前記パワー素子は、前記冷媒取入口に近い位置に配置されていることが望ましい。
また、請求項２または３に記載の車両用電動圧縮機において、前記圧縮機構を収納する前記ハウジングは、有底円筒形状であることが望ましい。

本発明の車両用電動圧縮機によれば、電動機を制御するインバータ制御装置等の制御装置を構成する制御機器類は、筐体内に収納設置された電装部品が絶縁ゲル剤により覆われているので、筐体内の電機部品は、電気的に絶縁されるとともに水滴の侵入が防止され、さらに、振動の影響を低減することもできるようになる。
また、制御装置を低圧冷媒室内の低温ガス冷媒で冷却するようにしたので、たとえばインバータ制御装置においては、パワー素子やコンデンサ等の効果的な冷却が可能となる。
従って、インバータ制御の車両用電動圧縮機をエンジンルーム内に設置しても、高温、高湿及び高振動の設置環境に対応し、信頼性や耐久性が向上するという顕著な効果が得られる。

以下、本発明にかかる車両用電動圧縮機の一実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。
本実施形態で説明する車両用電動圧縮機は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車のように、電気の動力を利用して走行する車両に装備される車両用空調装置の冷媒回路に使用される。この車両用電動圧縮機は、低温低圧のガス冷媒（吸入冷媒）を圧縮して冷媒回路に送出する圧縮機構を駆動するため、電気を動力として利用する電動機を採用したものである。
このような車両用電動圧縮機（以下、「電動圧縮機」と呼ぶ）１は、たとえばスクロール圧縮機構等の圧縮機構（不図示）及び電動機（不図示）を同じハウジング２内に内蔵する密閉型圧縮機の構成が一般的に採用されている。また、このような電動圧縮機１は、電源から入力された電力を電動機に供給して運転制御を行うインバータ制御装置１０を備えている。このインバータ制御装置１０は、電動圧縮機１のハウジング２に密接して一体的に設置されている。そして、インバータ制御装置１０は、インバータ制御装置１０に給電を行う給電部２０と、インバータ制御装置１０及び給電部２０の動作を制御する電源制御装置２１と電気的に接続されている。

ハウジング２は、軸線を略水平にして設置される中空円柱形状をなしている。
具体的に説明すると、ハウジング２は、図１及び図３に示すように、一端に開口部を有し内部に電動機が収納される有底円筒形状の第一収納部（ハウジング本体）２ａと、一端に開口部を有し内部に圧縮機構が収納される有底円筒形状の第二収納部（蓋部）２ｂとに二分割されている。第一収納部２ａ及び第二収納部２ｂは、互いの開口部どうしを向かい合った状態にして接合し、両開口部に設けたフランジ部をボルト・ナット等により着脱可能に固定して一体化されている。

本実施形態では、第一収納部２ａの内部に図示しない圧縮機構の低圧冷媒室が形成されており、第一収納部２ａの外周面には、内部の低圧冷媒室に連通する冷媒取入口３が設けられている。この低圧冷媒室は、冷媒取入口３を介して車両用空調装置の冷媒回路に連結され、室内熱交換器または室外熱交換器を通過して気化した低温低圧のガス冷媒が送り込まれるようになっている。
すなわち、第一収納部２ａの外周面及び底面は、特に、冷媒取入口３の近傍部分が吸入冷媒である低温低圧のガス冷媒によって冷やされるため、ハウジング２の他の部分に比べて低温となる。

ハウジング２の上面には、図１に示すように、第一収納部２ａの長手方向に沿って圧縮機基台４が設けられており、この圧縮機基台４上には、電気部品及び電子部品等の電装部品で構成されるインバータ制御装置１０の制御機器類を収納してインバータ室を形成する筐体の保護ケース１１が設けられている。
ここで、圧縮機基台４及び保護ケース１１は、たとえばアルミニウムやアルミニウム基合金等のように熱伝導率が高く、しかも、軽量の材質によって構成されている。また、インバータ制御装置１０は、保護ケース１１内に収納設置されたＣＰＵ１２ａ等の基板１２及びパワー素子１３等の電装部品を具備してなる制御機器類と、有底円筒形状とした第一収納部２ａの底面部に密接して設けられたコンデンサ１４とを具備して構成される。この場合、たとえば発熱量の大きいパワー素子１３については、第一収納部２ａの冷媒取入口３に近い位置に配置して吸入冷媒による効率のよい冷却を行うようにすればよい。さらに、冷却することが望ましいコンデンサ１４についても、第一収納部２ａの底面部に密接する配置としたので、吸入冷媒による冷却を行うことができる。
なお、当然ながら、インバータ制御部１０の電装部品と保護ケース１１及び圧縮機基台４とは絶縁されている。

インバータ制御装置１０の制御機器類を収納設置する保護ケース１１の内部には、電気的な接続等の作業が完了した後、内部空間を埋めるようにして絶縁ゲル剤１５が充填される。この充填ゲル剤１５は、保護ケース１１の内部を完全に埋め尽くすように充填してもよいが、少なくとも電気部品や電子部品等の電装部品を完全に覆うような位置まで充填すればよい。具体例をあげると、基板１２やパワー素子１３等の電装部品が完全に絶縁ゲル剤１５の中に埋設され、保護ケース１０の内部に形成された上部空間に電装部品が露出して空気と接触するのを防止した位置まで充填すればよい。
ここで使用する絶縁ゲル剤１５は、たとえば信越化学株式会社製の「ＫＥ１０５１Ｊ」または同等品が好適である。

このようにして保護ケース１１内に絶縁ゲル剤１５を充填すると、電装部品の絶縁がなされるのは勿論のこと、防湿や防振にも有効である。
最初に、防湿について説明すると、インバータ制御装置１０と一体の電動圧縮機１が設置されるエンジンルーム内は温度変化が大きい環境であるため、高湿度状態で温度低下すると結露により水滴が発生する。このような結露水等の水滴は、電装部品を短絡させるなどトラブルの原因となる。しかし、電装部品が完全に絶縁ゲル剤１５に覆われていると、水滴が電装部品まで到達しないよう防水されるので、保護ケース１１内で短絡等の不具合が発生するのを防止できる。

次に、防振について説明する。インバータ制御部１０が設置される環境は、車両の走行振動や車両を走行させる駆動源の振動に加えて、電動圧縮機１の振動が直接入力する。このため、基板１２に振動が伝播してプリント配線等に亀裂を生じたり、あるいは、基板１２等の電装部品を固定するビス等に緩みが生じることによる不具合の発生も懸念される。しかし、電装部品の周囲が絶縁ゲル剤１５に覆われていると、外部から入力する振動を絶縁ゲル剤１５が吸収して電装部品に作用する振動を低減し、あるいは、絶縁ゲル剤１５が基板１２等の大きな振動を抑制するので、基板１２等の電装部品に亀裂の発生やビスの緩みなどが生じるようなことはない。

上述したように、本発明の電動圧縮機１は、第一収納部２ａとインバータ制御装置１０との間で熱伝達が高効率で行われるので、低温ガス冷媒が流れて低温側となる第一収納部２ａにパワー素子１３等の発熱を効率的に逃がすことができる。従って、たとえば車両のエンジンルーム内等のような高温環境下に設置する場合にも、特別な冷却構造を用いることなしに、インバータ制御装置１０を構成するパワー素子１３やコンデンサ１４等を低温ガス冷媒で冷却し、電装部品への熱による影響を低減することができるので、電動圧縮機１の信頼性や耐久性を低コストで向上させることができる。

また、保護ケース１１内に収納設置された電装部品が絶縁ゲル剤１５により覆われているので、保護ケース１１内の電機部品は、電気的に絶縁されるとともに水滴の侵入が防止され、さらに、振動の影響を低減することもできるようになる。
従って、上述した本発明の電動圧縮機１は、エンジンルーム内のように高温、高湿及び高振動の設置環境に設置しても、絶縁ゲル剤１５の充填や吸入冷媒を有効利用した冷却により、設置環境に起因する問題を解消して不具合の発生が防止されるので、信頼性や耐久性を向上させることできる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用電動圧縮機の構成例を示す図で、インバータ制御部の内部構成例を示す部分断面側面図である。 図１に示すインバータ制御部内をハウジングの底面方向から見た縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用電動圧縮機の構成例を示す斜視図である。

１ 車両用電動圧縮機
２ ハウジング
２ａ 第一収納部
２ｂ 第二収納部
３ 冷媒取入口
４ 圧縮機基台
１０ インバータ制御装置
１１ 保護ケース（筐体）
１２ 基板（電装部品）
１３ パワー素子（電装部品）
１４ コンデンサ
１５ 絶縁ゲル剤

Claims (4)

1. 電動機により圧縮機構を駆動して車両用空調装置の冷媒を圧縮する車両用電動圧縮機において、
   前記電動機を制御する制御装置の制御機器類を収納設置する筐体内に、ＣＰＵやパワー素子等の発熱量の大きい電装部品の高さのみまで絶縁ゲル剤を充填したことを特徴とする車両用電動圧縮機。
2. 前記制御装置が、前記圧縮機構を収納するハウジングの低圧冷媒室に密接して設置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動圧縮機。
3. 前記低圧冷媒室は、冷媒を取り入れるための冷媒取入口が連通して設けられ、
   前記電装部品はパワー素子を含み、
   前記パワー素子は、前記冷媒取入口に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用電動圧縮機。
4. 前記圧縮機構を収納する前記ハウジングは、有底円筒形状であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用電動圧縮機。

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