Electric compressor with built-in inverter

本発明は、インバータを含むモータ駆動回路が圧縮機内に組み付けられたインバータ一体型電動圧縮機に関し、とくに、モータ駆動回路等を絶縁、保護するための樹脂充填を行う場合、樹脂充填部を軽量化することで、圧縮機全体として軽量化、低コスト化が可能なインバータ一体型電動圧縮機に関する。

インバータ等を含むモータ駆動回路を内蔵した電動圧縮機の構造として、モータ駆動回路が絶縁用樹脂モールド材によって被覆され、該樹脂モールド材中に埋設されるようにした構造が知られている（例えば、特許文献１）。

また、上蓋と圧縮機ハウジングとの間（ハウジング内の低圧側）に配置されたパワー半導体モジュールを、加熱流動状態となった絶縁用の合成樹脂等を流し込むことによって、被覆・埋設するようにした構造も知られている（例えば、特許文献２）。 この特許文献２に記載の構造では、パワー半導体モジュール等の電気部品を収容した室の全体が樹脂モールド材で満たされるようになっている。

特開２００２−７０７４３号公報

特開平４−８０５５４号公報

ところが、上記のような従来構造においては、モータ駆動回路等を収容する室の実質的に全体にわたって樹脂を充填し、モータ駆動回路等を完全に埋設する構造となっているため、充填樹脂量、使用樹脂量が多くなり、その分、電動圧縮機全体としての軽量化やコストダウンを阻害することとになっている。 とくに、車両用空調装置等に用いられる電動圧縮機においては、可能な限り、軽量化やコストダウンをはかることが求められている。

そこで本発明の課題は、このような従来の電動圧縮機における問題点や要求に鑑み、モータ駆動回路等の樹脂被覆部構造について、充填樹脂量を大幅に低減でき、圧縮機全体として軽量化、コストダウンをはかることが可能なインバータ一体型電動圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、モータが内蔵され、インバータを含むモータ駆動回路が圧縮機ハウジングで囲まれた収容空間内に設けられたインバータ一体型電動圧縮機において、モータ駆動回路を含む電気部品の少なくとも一部が、前記収容空間内に充填された樹脂によって覆われており、かつ、前記収容空間内における樹脂充填可能領域の一部が、前記充填樹脂とは異種の材料で埋められていることを特徴とするものからなる。

すなわち、前述したような従来構造では、モータ駆動回路等を収容する室の実質的に全体にわたって樹脂が充填されているので、必然的に充填樹脂量が多くなっていたが、本発明に係る構造では、樹脂充填可能領域の一部が、充填樹脂とは異種の材料で埋められているので、少なくとも異種材料が占める容積分、充填樹脂量が低減され、この樹脂被覆部、ひいては圧縮機全体の軽量化、コストダウンが可能になる。

とくに、上記異種材料が、上記充填樹脂よりも密度または嵩密度の低い材料からなる場合、確実に軽量化できることになる。 すなわち、樹脂充填可能領域は軽量化、コストダウンの観点からは必要最小限に抑えることが望ましいが、たとえ従来と同等の樹脂充填可能領域であったとしても、その領域の一部が充填樹脂よりも密度または嵩密度の低い異種材料で占められることにより、樹脂充填可能領域は確実に軽量化され、圧縮機全体としても確実に軽量化されることになる。

この異種材料には、充填樹脂よりも密度または嵩密度の低い材料でありさえすれば、種々の材料の使用が可能である。 例えば、異種材料を、密度の低い予め所定形状に成形された樹脂部品から構成することもできるし、合成繊維等の（例えば、ナイロンやポリエステル繊維の）、嵩密度の低い繊維集合体から構成することもできる。 樹脂部品から構成する場合には、埋めるべき空隙の形状に応じた形状に成形しておけばよく、繊維集合体から構成する場合には、埋めるべき空隙に繊維集合体を詰め込めばよい。 つまり、従来充填樹脂で埋められていた空隙を、充填樹脂よりも密度または嵩密度の低い異種材料で埋めればよい。 密度の低い予め成形された樹脂部品としては、例えば、発泡体（例えば、ポリスチレン等の発泡体）で構成されたものを使用できる。

このような本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機においては、とくに被圧縮流体が冷媒である場合、モータ駆動回路を含む電気部品の少なくとも一部が、被圧縮流体である吸入冷媒と熱交換可能に収容空間内に設けられていることが好ましい。 例えば、冷媒の吸入経路に位置する圧縮機ハウジングまたはその近傍にモータ駆動回路が設けられており、その位置で吸入冷媒側と熱交換可能に構成されていることが好ましい。 このように構成すれば、発熱しやすいインバータを自動的に適切に冷却でき、モータ駆動回路の所定性能を維持できるとともに、別途冷却装置等を設ける必要がないので、構造の簡素化をはかることができる。

また、上記異種材料が電気部品とともに収容空間内に組み込まれた後に、樹脂充填が行われることが好ましい。 すなわち、収容空間内への収容物がすべて所定位置に配置された状態で樹脂充填を行う。 これによって、樹脂充填を容易に行うことができるとともに、各電気部品を所定位置に保持固定する際に、所定位置に配置した異種材料に電気部品の保持固定の役割の一部を担わせることも可能になる。 また、液状の樹脂材料の使用によって、注入樹脂を収容空間内の必要な領域全域にわたって容易にかつ迅速に行き渡らせることができ、所定の樹脂充填作業を一層容易化することが可能になる。 この液状の樹脂材料を使用する場合には、液状の樹脂材料を樹脂充填領域内に流延させ、流延の進行過程で必要対象部位に対し、コーティング等により所定の樹脂被覆を行わせることが可能である。

また、本発明においては、モータ駆動回路を含む電気部品の少なくとも一部が、加熱された後の余熱状態下で上記樹脂充填が行われていることも好ましい。 この場合には、余熱分に対応して樹脂材料の流動性が良くなるので、樹脂充填領域内のとくに微細な空間に対しても十分な樹脂充填を得たい場合にこの手法を採用すればよい。

樹脂充填に使用する樹脂材料としては、熱硬化性樹脂、例えば、ウレタン、エポキシ等の熱硬化性樹脂が好ましい。 熱硬化性樹脂であれば、所定の硬化後には、インバータ等が多少発熱しても、十分に高い耐熱性、さらには耐久性を維持することができる。

本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機によれば、樹脂充填可能領域の一部の空隙を、充填樹脂とは異種の軽量な材料で埋めるようにしたので、少なくとも異種材料が占める容積分、充填樹脂量を低減でき、樹脂被覆部、ひいては圧縮機全体の軽量化、コストダウンをはかることができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るインバータ一体型電動圧縮機１を示しており、スクロール型電動圧縮機に本発明を適用した例を示している。 図１において、２は、固定スクロール３と可動スクロール４からなる圧縮機構を示している。 可動スクロール４は、ボールカップリング５を介して自転が阻止された状態で、固定スクロール３に対して旋回されるようになっている。 圧縮機ハウジング（センターハウジング）６内には、モータ７が組み込まれており、この内蔵モータ７によって主軸８（回転軸）が回転駆動される。 主軸８の一端側に配設された偏心ピン９、それに対して回転自在に係合された偏心ブッシュ１０を介して、主軸８の回転運動が可動スクロール４の旋回運動に変換されるようになっている。 本実施態様では、被圧縮流体としての冷媒を吸入する吸入ポート１１が圧縮機ハウジング（フロントハウジング）１２に設けられており、吸入された冷媒は、モータ７配置部を通して圧縮機構２へと導かれ、圧縮機構２で圧縮された冷媒は、吐出孔１３、吐出室１４、圧縮機ハウジング（リアハウジング）１５に設けられた吐出ポート１６を通して外部回路に送られる。

上記圧縮機ハウジング１２（フロントハウジング）の延設部で囲まれることにより収容空間２０が形成されており、モータ駆動回路２１がこの収容空間２０内に設けられている。 より詳しくは、収容空間２０内における、圧縮機ハウジング１２に形成された冷媒吸入経路側との仕切壁２２の外面側にモータ駆動回路２１が設けられている。 モータ駆動回路２１は、仕切壁２２を貫通させて取り付けられた密封端子２３（モータ駆動回路２１の出力端子）、リード線２４を介してモータ７に給電し、密封端子２３設置部では、冷媒吸入経路側とモータ駆動回路２１設置側とがシールされている。 モータ駆動回路２１を仕切壁２２の外面側に設けることによって、仕切壁２２を介して、モータ駆動回路２１を含む電気部品の少なくとも一部が、吸入冷媒と熱交換可能となっており、吸入冷媒によって冷却可能となっている。

モータ駆動回路２１は、インバータ機能を有するＩＰＭ（Intelligent Power Module）２５と制御回路２６とを含んでおり、それとは別体にあるいは一体にコンデンサ２７等の電気部品が設けられている。 このモータ駆動回路２１は、入力端子としてのコネクタ２８を介して外部電源（図示略）と接続される。 これらモータ駆動回路２１を含む電気部品を実装した圧縮機ハウジング１２の外部への開口側は、蓋部材２９でシールされた状態で覆われており、これら電気部品が蓋部材２９により保護されている。

上記モータ駆動回路２１およびコンデンサ２７等の電気部品とともに、これら電気部品間の隙間を埋めるような形状、あるいは、電気部品が配置された回路を部分的に覆うような形状に形成された、充填樹脂とは異種の材料３１が所定部位に組み込まれる。 このように、収容空間２０内に電気部品とともに異種材料３１が配置された後、樹脂充填により、これらの実質的に全体が充填樹脂３２で被覆される。 この状態では、樹脂充填可能領域の一部が異種材料３１で埋められることになる。 異種材料３１を充填樹脂３２よりも密度あるいは嵩密度の低い材料から構成しておくことにより、樹脂充填可能領域は、その全体が充填樹脂で埋められる場合に比べ、確実に軽量化され、使用充填樹脂量を低減できる面からは、併せてコストダウンをはかることも可能になる。

この樹脂充填を、図示の如く、収容空間２０内の必要最小限の範囲内に納めるようにすれば、収容空間２０内の全体に樹脂を充填する場合に比べ、大幅な軽量化が可能となる。 このような必要最小限の樹脂充填は、例えば、液状の樹脂材料を用いてのコーティングによって可能である。 また、このような樹脂充填時には、すでに異種材料３１が所定位置に組み付けられているので、各異種材料３１によって各電気部品が保持された状態で樹脂を充填することが可能になり、所望の樹脂充填の容易化をはかることも可能になる。

所定の樹脂充填完了後に、蓋部材２９を取り付ければよい。 なお、樹脂充填時には、前述の如く、電気部品等を予め加熱しその余熱状態の下で行うことも可能である。 このようにすれば、余熱分に対応して樹脂材料の流動性が良くなるので、樹脂充填領域内のとくに微細な空間に対しても十分な樹脂充填を行うことができるようになる。

本発明に係る異種材料を用いた樹脂充填部構造は、あらゆるインバータ一体型電動圧縮機に適用可能であり、とくに圧縮機全体の軽量化、コストダウンが要求される車両用空調装置に使用される圧縮機に好適なものである。

本発明の一実施態様に係るインバータ一体型電動圧縮機の概略縦断面図である。

符号の説明

１ インバータ一体型電動圧縮機２ 圧縮機構３ 固定スクロール４ 可動スクロール５ ボールカップリング６ 圧縮機ハウジング（センターハウジング）
７ モータ８ 主軸９ 偏心ピン１０ 偏心ブッシュ１１ 吸入ポート１２ 圧縮機ハウジング（フロントハウジング）
１３ 吐出孔１４ 吐出室１５ 圧縮機ハウジング（リアハウジング）
１６ 吐出ポート２０ 収容空間２１ モータ駆動回路２２ 仕切壁２３ 密封端子２４ リード線２５ ＩＰＭ
２６ 制御回路２７ コンデンサ２８ コネクタ２９ 蓋部材３１ 異種材料３２ 充填樹脂