Inverter-integrated electric compressor

本発明はインバータ一体型電動圧縮機に関し、とくに、設計の自由度を従来同様の高い水準に維持しつつ、電磁ノイズの遮蔽により制御回路の安定性を向上可能であり、制御基板の振動を効果的に防止でき、動作安定性に優れ低コストで実現可能なインバータ一体型電動圧縮機に関する。

電動圧縮機、とくに、車両に搭載される電動圧縮機においては、従来より、長時間の振動に起因する不具合から電気部品を保護するための振動対策が各種提案されている。 例えば、特許文献１には、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。

また、インバータ一体型電動圧縮機においては、高電圧回路から放出される電磁ノイズにより、低電圧回路で構成される制御回路の誤動作などの不具合が引き起こされる可能性があるため、電磁ノイズの遮蔽手段が必要となる。 例えば、特許文献２には、高電圧回路であるパワーモジュールと低電圧回路であるパワーモジュール駆動回路との間に遮磁シールドを設けることにより、高電圧回路より低電圧回路方向へ放出される電磁ノイズを遮蔽したインバータ装置のスイッチングルーム構造が開示されている。

特開２００２−７０７４３号公報

特許第３７２９１７５号公報

しかしながら、特許文献２に開示された発明においては、電磁ノイズの遮蔽による電気回路の安定性の向上については実現されているものの、振動対策についてはとくに言及も示唆もされていない。

そこで本発明の課題は、設計の自由度を従来同様の高い水準に維持しつつ、電磁ノイズの遮蔽により制御回路の安定性を向上可能であり、かつ、制御基板の振動を効果的に防止でき、動作安定性に優れたインバータ一体型電動圧縮機を低コストで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用高電圧回路と、制御用低電圧回路を備えた制御基板とが圧縮機ハウジング内に設けられたインバータ一体型電動圧縮機において、前記モータ駆動用高電圧回路より前記制御用低電圧回路方向へ放出される電磁ノイズを遮蔽可能な材質からなるシールドプレートを、前記モータ駆動用高電圧回路と前記制御基板との間に介在させ、該シールドプレートと前記制御基板とを互いに固定するとともに、両者を前記圧縮機ハウジング内の所定位置に固定したことを特徴とするものからなる。

このようなインバータ一体型電動圧縮機においては、モータ駆動用高電圧回路より前記制御用低電圧回路方向へ放出される電磁ノイズがシールドプレートによって遮蔽されるので、電磁ノイズに起因する制御用低電圧回路の不具合が確実に防止され、圧縮機全体の動作安定性の向上が実現される。 また、制御基板がシールドプレートと互いに固定された状態にて圧縮機ハウジング内の所定位置に固定されるため、制御基板とシールドプレートの位置関係が上記電磁ノイズ遮蔽のための所定の位置関係に維持されつつ、制御基板の振動が防止され、高速動作時においても圧縮機の動作安定性が確実に維持され、圧縮機の長寿命化が実現される。

本発明に係るシールドプレートは薄い板状でよく設置スペースが少なくて済むことから、既存の圧縮機への設置が容易であり、設置部位の形状に応じ所望の形状に形成することも容易に可能であり、圧縮機の設計の自由度を従来のシールドプレートを設置しない場合とほぼ同様の高い水準に維持することが可能となる。 また、本発明は実質的にシールドプレートの追加のみで実現可能であるため、圧縮機全体の重量へほとんど影響を与えることなく、低コストで圧縮機の動作安定性の向上を達成できる。 なお、本発明に係るシールドプレートの材質はとくに限定されないが、電磁ノイズを確実に遮蔽可能であり加工性に優れることから、金属もしくは合金からなることが好ましい。

上記シールドプレートには、とくに限定されないが、リブが設けられていることが好ましい。 リブが設けられることによりシールドプレートの剛性が向上し、制御基板の振動がより効果的に防止される。

また、とくに限定されないが、上記シールドプレートにおける制御基板への固定部の少なくとも一部は、前記制御基板方向に凸に膨出された形状に形成されていることが好ましい。 固定部を凸状に形成することにより、制御基板とシールドプレートとを固定する際の両部材間の接触面積を減少でき、シールドプレートから制御基板への振動の伝達が抑制されて、制御基板の振動が抑制される。 また、後述するように、制御基板を含む電気部品が圧縮機ハウジングで囲まれた収容空間内に設けられており、組立完了後に収容空間内に樹脂が充填される場合、固定部の膨出によって制御基板とシールドプレートとの間に形成された隙間に樹脂が充填されることとなるため、制御基板がより確実に固定されて制御基板の振動がより効果的に防止される。

本発明において、モータ駆動用高電圧回路における電源側にノイズフィルタが設けられている場合、上記シールドプレートは、とくに限定されないが、ノイズフィルタより制御用低電圧回路方向へ放出される電磁ノイズについても遮蔽可能に構成されていることが好ましい。 このような構成により、電磁ノイズに起因する制御用低電圧回路の不具合がより確実に防止され、圧縮機全体の動作安定性の向上が実現される。

また、本発明において、モータ駆動用高電圧回路に電源線が接続されている場合、上記シールドプレートは、とくに限定されないが、電源線より制御用低電圧回路方向へ放出される電磁ノイズについても遮蔽可能に構成されていることが好ましい。 このような構成により、電磁ノイズに起因する制御用低電圧回路の不具合がさらに確実に防止され、圧縮機全体の動作安定性の向上が実現される。

本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機は、回路の絶縁および電気部品の振動防止を実現すべく、モータ駆動用高電圧回路および制御基板を含む電気部品が圧縮機ハウジングで囲まれた収容空間内に設けられ、組立完了後に、前記収容空間内に樹脂が充填され、前記電気部品の少なくとも一部が固化された充填樹脂により密封された構造を有する構成とすることができる。 このような構成においては、とくに限定されないが、樹脂を収容空間内に均一に充填させるべく、上記シールドプレートに空気抜き用の孔が設けられていることが好ましい。 このような空気抜き用の孔が設けられることにより、樹脂内における気泡の発生や残留が防止され、収容空間内に樹脂で密封された電気部品がより確実に固定され、圧縮機全体の動作安定性の向上が実現される。

上述の如く、圧縮機内部に樹脂充填用の収容空間が設けられている場合、とくに限定されないが、上記シールドプレートには樹脂充填用の孔が設けられていることが好ましい。 このような樹脂充填用の孔が設けられることにより、シールドプレートにより覆われた部位へも容易に樹脂を注入することが可能となり、収容空間内の所定部位全体にわたって樹脂を確実に充填することができ、収容空間内に樹脂で密封された電気部品がより確実に固定され、圧縮機全体の動作安定性の向上が実現される。 なお、上記の樹脂充填用の孔は、前述の空気抜き用の孔と兼用されていてもよいし、それぞれが異なる孔であってもよい。

本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機の用途はとくに限定されないが、電磁ノイズの遮蔽および制御基板の振動防止により優れた動作安定性が実現可能であることから、振動による影響を受けやすい車両用圧縮機として用いて好適なものであり、とくに、車両空調装置用の圧縮機として用いて好適なものである。

このように、本発明に係るインバータ一体型電動圧縮機によれば、設計の自由度を従来同様の高い水準に維持しつつ、電磁ノイズの遮蔽により制御回路の安定性を向上可能であり、制御基板の振動を効果的に防止でき、動作安定性に優れた圧縮機を低コストで実現できる。

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を示しており、とくに、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、インバータ一体型電動圧縮機１は、固定スクロール３および可動スクロール４からなる圧縮機構２を備えている。 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、仕切り壁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。 本実施態様においては、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に構成されており、吸入冷媒によって冷却可能となっている。 このように構成することにより、発熱しやすい電気部品（例えば、インバータ機能を有するモータ駆動用高電圧回路２５）を自動的に適切に冷却でき、モータ駆動回路２１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ため、構造の簡素化をはかることができる。 なお、このような構成はスクロール型電動圧縮機のみに限定されず、被圧縮流体が冷媒であるあらゆる種類のインバータ一体型電動圧縮機に適用可能である。

モータ駆動回路２１は、インバータ機能を有するモータ駆動用高電圧回路２５と、制御用低電圧回路を備えた制御基板２６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。 電磁ノイズを遮蔽可能なシールドプレート３１はモータ駆動用高電圧回路２５と制御基板２６との間に介在された状態にて固定されているため、制御基板上に備えられた制御用低電圧回路はモータ駆動用高電圧回路２５の電磁ノイズから確実に保護され、誤動作等の不具合が防止されている。 また、制御基板２６はシールドプレート３１に設けられた凸状の固定部３２に固定され、振動の防止が図られている。 したがって、シールドプレート３１により、回路の電気的安定性および電気部品の物理的安定性の向上が実現され、動作安定性に優れた電動圧縮機が実現可能となる。 なお、後述する樹脂充填のため、上記のシールドプレート３１には、樹脂充填用の孔として兼用可能な空気抜き用の孔３３が設けられている。

上記のモータ駆動回路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。

収容空間２０内においては、上記モータ駆動回路２１およびコンデンサ２７等の電気部品が配置された後に樹脂３４が充填され、これらの実質的に全体が固化された樹脂３４により密封される。 樹脂充填の範囲は、図示の如く、収容空間２０内の必要最小限の範囲内に納められ、圧縮機１全体の軽量化が図られている。 上述の如く、シールドプレート３１には樹脂充填用の孔として兼用可能な空気抜き用の孔３３が設けられており、充填樹脂３４内における気泡の発生および残留が効果的に防止される。 また、上記の空気抜き用の孔３３は樹脂充填用の孔としても利用可能であり、しかも、シールドプレート３１と制御基板２６との間には凸状の固定部３２により隙間が形成されているため、制御基板２６やシールドプレート３１により遮蔽された部位においても樹脂の充填が確実に達成され、収容空間２０内に密封された電気部品がより確実に固定され、圧縮機１全体の動作安定性の向上が実現される。

図２は、図１に示したインバータ一体型電動圧縮機における、収容空間２０、シールドプレート３１、および制御基板２６の概略の関係を示している。 制御用低電圧回路が備えられた制御基板２６は、ねじ３６によってシールドプレート３１に形成された固定部３２に締結される。 シールドプレート３１においては、リブ３５が形成されることで剛性の向上が実現されるとともに、複数の固定部３２の一部が凸状に形成されて制御基板２６との接触面積が最小限に抑えられ、振動の伝達の低減が図られている。 また、上述の如く、樹脂充填用の孔として兼用可能な空気抜き用の孔３３により、充填樹脂３４内における気泡の発生が防止され、収容空間２０内に密封された電気部品がより確実に固定される。

収容空間２０内に設置されたモータ駆動用高電圧回路２５は、ノイズフィルタ３７を介して電源線３８に接続され、電源線３８による信号線伝導性ノイズから保護されている。 これらの電気部品には外部電源からの高電圧が電源線３８を介して供給され、他の電気部品に影響を及ぼしうる強度の電磁ノイズが周囲に放出される可能性があるため、制御基板２６に装着されたシールドプレート３１は、モータ駆動用高電圧回路２５だけでなく、ノイズフィルタ３７および電源線３８から放出される電磁ノイズに対しても遮蔽可能に構成されることにより、制御基板２６に備えられた制御用低電圧回路の保護を実現し、圧縮機１の動作安定性を確保している。

上記のような構成を電気回路的に示すと、例えば図３のようになる。 図３において、電動圧縮機１には、前述の如くモータ駆動回路２１が設けられており、モータ駆動回路２１からの出力が密封端子２３、リード線２４を介して内蔵モータ７の各モータ巻線４１に給電されることによりモータ７が回転駆動され、圧縮機構２による圧縮が行われる。 モータ駆動回路２１は、モータ駆動用高電圧回路２５と、モータ駆動用高電圧回路２５内のインバータ４２の各パワー素子４３（スイッチング素子）を制御するためのモータ制御回路４４を備えた制御用低電圧回路４５を有しており、この制御用低電圧回路４５が前述の制御基板２６上に構成されている。 外部電源４６（例えば、バッテリー）からの電力が、高電圧用コネクタ４７を通してモータ駆動用高電圧回路２５へ給電され、ノイズフィルタ３７、平滑化用のコンデンサ２７を介してインバータ４２に供給され、インバータ４２で電源４６からの直流が疑似三相交流に変換された後、モータ７へと供給される。 モータ制御回路４４へは、例えば、車両の空調制御装置４８から、低電圧の電力が制御信号用コネクタ４９を介して供給される。 図３では、この制御信号用コネクタ４９と、上記高電圧用コネクタ４７とは、離れた位置に図示してあるが、実際には、図１に示した同一のコネクタ２８内に装備されている。 上記制御基板２６に、前述のシールドプレート３１が固定され、このシールドプレート３１が、図３に示すように、モータ駆動用高電圧回路２５と制御用低電圧回路４５を備えた前述の制御基板２６との間に介在され、モータ駆動用高電圧回路２５を極力広い範囲にわたって覆い、モータ駆動用高電圧回路２５から制御用低電圧回路４５側へのノイズの影響を抑制している。

本発明はあらゆる種類のインバータ一体型電動圧縮機に適用可能であり、とくに、優れた動作安定性および振動耐性が要求され、設計の自由度に対する要求水準が高く、小型軽量化が要求される、車両空調装置用のインバータ一体型電動圧縮機として好適なものである。

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。

図１に示したインバータ一体型電動圧縮機における、収容空間形成部、シールドプレート、および制御基板の斜視図である。

図１に示したインバータ一体型電動圧縮機における、シールドプレート設置部を例示するための回路図である。

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 モータ駆動用高電圧回路 ２６ 制御基板 ２７ コンデンサ ２８ コネクタ ２９ 蓋部材 ３１ シールドプレート ３２ 固定部 ３３ 空気抜き用の孔 ３４ 充填樹脂 ３５ リブ ３６ ねじ ３７ ノイズフィルタ ３８ 電源線 ４１ モータ巻線 ４２ インバータ ４３ パワー素子（スイッチング素子）
４４ モータ制御回路 ４５ 制御用低電圧回路 ４６ 外部電源 ４７ 高電圧用コネクタ ４８ 空調制御装置 ４９ 制御信号用コネクタ