JP2008163764A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】機体容器を大型化することなくインバータの冷却を効率的に図ることができ、エンジン直付け等の高温、強振動下においても、信頼性、性能を損なわず運転できるインバータ内蔵の電動圧縮機を提供するものである。
【解決手段】圧縮機構部５と、圧縮機構部５を駆動する電動機４とを内蔵したケーシング本体３と、電動機４を駆動するインバータ８を内蔵したインバータケース７とを備え、インバータ８の発熱部品１９を冷却する主冷却手段として吸入冷媒を利用した電動圧縮機において、インバータケース７内の空間をサーモモジュール２０で冷却し、インバータ８を構成する部品、回路の熱による劣化促進を抑制することで、性能および信頼性の向上をはかるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機を機体容器（ケーシング）に内蔵し、さらに、前記電動機の駆動（回転）を制御するインバータ制御装置を前記機体容器に設けた電動圧縮機に関するものである。

この種の電動圧縮機として、圧縮機構部および電動機を具備する圧縮機部と、前記電動機の駆動を制御するインバータ制御装置の収納部を気密状態に仕切り、一つの機体容器として一体化した構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、上記特許文献１に示される電動圧縮機の縦断面図であり、電動機１１１を収容した機体容器１１２内に圧縮機構部１１３を組込み、さらに圧縮機構部１１３を挟む如く電動機１１１と反対側に位置してインバータ制御装置１１４を収容したインバータケース１１５が、機体容器１１２と気密状態に仕切られて設けられた構成を示している。

そして、機体容器１１２とインバータケース１１５は、同軸上に配置され、ボルト等で締結されている。また、インバータ制御装置１１４は、その発熱部が圧縮機構部１１３に面して配置されている。

したがって、圧縮機構部１１３に設けられた吸入口１１６より吸入された吸入冷媒は、一旦インバータケース１１５と圧縮機構部１１３の間に形成された通路１１７に導かれ、インバータ制御装置１１４の発熱部と熱交換を図った後、圧縮機構部１１３に吸入される。

さらに圧縮機構部１１３で圧縮された冷媒ガスは電動機１１１を冷却した後、機体容器１１２に設けられた吐出口１１８より吐出される。
特開２００４−１８３６３１号公報

しかし、上記特許文献１に記載の構造は、吸入冷媒の温度のみによってインバータ制御装置１１４の高発熱部品を冷却する構造であるため、圧縮機の低速運転時、即ち冷媒循環量が少ない場合、あるいは負荷変動等によって吸入冷媒温度が高くなった場合等では十分な熱交換が行えなくなり、インバータ制御装置１１４の発熱部品が冷却不足となって性能、信頼性に大きな影響を及ぼす可能性がある。

また、前記圧縮機が自動車用のエアコンとして用いられ、エンジンに直接装着される場合には、エンジンの熱によって圧縮機内部の温度が異常に上昇し、さらには圧縮機が停止中の場合でも前記エンジンの熱によってインバータ部品が高温に加熱され、その加熱によってインバータ部品の劣化を加速する要因を含む構成であった。

上述の如く、圧縮機がエンジンに装着された環境は、１００℃を超える場合もあり、また炎天下での駐車状態においても相当の高温に晒される状態にある。

また、電気自動車あるいは、ルームエアコンの如く居室用の空気調和機においても、インバータ制御装置１１４は同様の環境下に晒され、同様に熱による部品劣化を加速する要因を含む構成である。

したがって、インバータ部品に求められる信頼条件は、相当過酷なもので、上記特許文献１に示される冷却技術では前記インバータ部品の劣化の抑制に限界があり、また特に車両に搭載される圧縮機の場合は、インバータ部品の冷却の関係から圧縮機の取付け位置、方向性等において制約されることが多く、設計の自由度を増す等の改善策が求められるものであった。

さらに、インバータ制御装置１１４は、動作時に発熱する特性を有しているため、エンジン搭載の有無に係わらずインバータ制御装置１１４を冷却する構成が必要とされている。

本発明は、上記従来の課題に着目し、主として、機体容器（ケーシング）を大型化することなくインバータ制御装置の冷却が効率的に行える電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明は、インバータ制御装置を、吸入冷媒温度を利用して冷却することに加え、サーモモジュール（ペルチェ素子あるいはペルチェモジュールとも称される）の吸熱作用を利用して冷却するようにしたものである。

さらに詳述すると、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と、該圧縮機構部を駆動する電動機とを内蔵したケーシングに、前記電動機を駆動制御するインバータ制御装置内蔵のインバータケースを組込んだ電動圧縮機において、前記インバータケースを閉塞するケースカバーを具備し、前記インバータ制御装置を冷却する冷却手段として、吸入冷媒の熱を前記インバータ制御装置の発熱部に伝えるようにし、さらに前記ケースカバーを冷却するサーモモジュールを設けたものである。

これによって、前記インバータ制御装置における発熱部およびその周辺回路を、吸入冷媒（戻り冷媒）の温度を利用した冷却と、前記サーモモジュールの吸熱作用による冷却の組合せにて冷却、もしくはその温度上昇を抑制することができる。

本発明の電動圧縮機は、電動機の回転、駆動を制御するインバータ制御装置を、吸入冷媒（戻り冷媒）の温度と、サーモモジュールによるケースカバー内部空間の冷却作用によって冷却（温度上昇の抑制を含む）することができる。

したがって、圧縮機の運転中および運転停止直後はもちろんのこと、圧縮機の停止時において前記インバータ制御装置が高温状態に晒されるような状況のように、必要時に前記サーモモジュールの通電を制御することによって前記インバータ制御装置の冷却（温度上昇の抑制を含む）を行うことができるため、圧縮機の運転時におけるインバータ制御装置の効率の低下を抑制することが可能となり、またインバータ部品の熱による劣化（劣化の加速）を抑制することができる。

また、前記電動圧縮機がハイブリッド車等の如くエンジンに直接装着される場合は、エンジンからの加熱、振動等の過酷な環境下に晒されることになるが、前述の如く冷却作用によって、電動圧縮機としての性能および信頼性を損なわず、電動圧縮機を運転することが可能となる。さらに、インバータ装置の冷却効果が期待できることから、電動圧縮機における取付け位置あるいは方向性等において設計の自由度を向上することができる。

請求項１に記載の発明は、冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と前記圧縮機構部を駆動する電動機を内蔵したケーシングと、熱伝導性材料で形成され、前記ケーシングの開口を閉塞するインバータケースと、前記インバータケースに内蔵され、前記電動機を駆動するインバータ制御装置と、前記インバータケースを閉塞するケースカバーを具備し、前記インバータ制御装置の発熱部の冷却手段として吸入冷媒と熱交換するようにした電動圧縮機において、放熱面と吸熱面を具備し、前記ケースカバーを冷却するサーモモジュールを設けたものである。

かかる構成とすることにより、前記インバータ制御装置における発熱部を、圧縮機構部の吸入冷媒（戻り冷媒）の冷熱を利用して冷却することに加えて、前記サーモモジュールの吸熱作用にて前記ケースカバー内を冷却することができるため、前記吸入冷媒の循環量が少ない状態、あるいは前記電動圧縮機の運転停止後の高温状態にある場合においても前記ケースカバー内の温度上昇を抑制して前記インバータ制御装置の温度上昇を抑制することができ、その結果、インバータ部品の熱による劣化（劣化の加速）を抑制することができる。

さらに、前記ケースカバーにより、雨水、埃等による電装部品等への悪影響が防止でき、長期に亘る信頼性が確保できるものである。

請求項２に記載の発明は、前記インバータケースによるケーシングの閉塞に伴い、インバータケースの裏面に前記圧縮機構部における吸入冷媒の通路を形成し、前記インバータ制御装置の発熱部を、前記吸入冷媒で冷却されるインバータケースの面に熱伝導あるいは熱伝達可能に取付けたものである。

かかる構成とすることにより、前記インバータ制御装置の発熱部は、前記インバータケースにおける壁面を介して吸入冷媒と熱交換するため、その熱交換（冷却作用）によってインバータ制御装置を冷却（温度上昇の抑制を含む）することができ、インバータ部品の熱による劣化（劣化の加速）を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、前記ケースカバーを熱伝導性材料より形成し、前記サーモモジュールの吸熱面を前記ケースカバーの外面に熱伝導あるいは熱伝達可能に密着させたものである。

かかる構成とすることにより、前記ケースカバーを、サーモモジュールにおける吸熱面の伝熱面を拡大したヒートシンク等の伝熱促進部材として兼ねることができ、これによってサーモモジュールの伝熱作用を促進することができる。その結果、前記サーモモジュールの吸熱作用を安定させ、前記サーモモジュールの冷却効率を高めることができる。

さらに、前記サーモモジュールの吸熱作用によってケースカバーとインバータケースで形成される空間内を冷却することができ、したがって、前記サーモモジュールによる冷却は、インバータ制御装置全体の雰囲気温度の上昇を抑制するように作用し、インバータ部品の熱による劣化の加速を抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、前記サーモモジュールの放熱面に、放熱手段を具備する伝熱促進手段を設けたものである。

かかる構成とすることにより、サーモモジュールにおける放熱部の放熱能力を高めることができ、その結果、サーモモジュールの放熱面温度と吸熱面温度の差を小さくし、前記サーモモジュールの冷却効率を高めることができる。

請求項５に記載の発明は、前記ケースカバーに、前記サーモモジュールを前記ケースカバーと密着する方向へ付勢する弾性体を設けたものである。

かかる構成とすることにより、前記弾性体の付勢力によって前記サーモモジュールをインバータケースに押圧固定することができ、その結果、前記ケースカバーあるいはサーモモジュール自身に圧縮機の運転等に伴う振動あるいは熱応力が作用しても、前記弾性体の弾性力によってその振動あるいは応力を吸収し、サーモモジュールの故障、破損等を防止することができるものである。

また、熱膨張・収縮等に起因して微妙にケースカバーに歪が生じても、前記弾性体の弾性変形（付勢力）により、前記サーモモジュールとの当接状態を維持することができ、その結果、前記サーモモジュールの吸熱作用および放熱作用の安定化がはかれるものである。

請求項６に記載の発明は、前記ケースカバーに、前記サーモモジュールの放熱面側に設けられた弾性体を介して、前記サーモモジュールを前記ケースカバー外面に固定する固定具を設け、前記固定具と前記サーモモジュール側部との間の少なくとも一部に、断熱層を設けたものである。

かかる構成とすることにより、前記固定具と弾性体によるサーモモジュールの固定と、前述の振動、応力に対する保護が行え、また断熱層により、前記サーモモジュールにおける放熱面から吸熱面への熱のリークを抑制することができる。その結果、前記サーモモジュールにおける吸熱面、放熱面からの吸熱作用、放熱作用が正規（定格）の状態もしくはそれに近い状態で行え、冷却効率維持の阻害を低減することができる。

請求項７に記載の発明は、前記ケースカバーに前記インバータケース側へ突出する凹部を設け、前記サーモモジュールを前記凹部内に配置し、さらに前記凹部周壁の少なくとも一部と前記サーモモジュール側部との間に、断熱層を形成したものである。

かかる構成とすることにより、前記凹部への配置がサーモモジュールの装着時の位置決め作業に利用することができ、また前記サーモモジュールのケースカバー内への突出度合いが大きくなり、ケースカバー内の空間容積を小さくすることができる。

その結果、サーモモジュールの冷却負荷（空間容積）が小さくでき、またサーモモジュールとインバータ制御装置の距離を縮めることができる。この冷却負荷の低減と距離の短縮によって、前記サーモモジュールの吸熱作用に伴う吸熱面の冷却熱を前記インバータ制御装置の温度上昇の抑制に作用させることができるものである。

さらに、前記断熱層により、前記サーモモジュールにおける放熱部側から吸熱部側への熱のリークを規制（抑制）することができ、その結果、前記サーモモジュールにおける吸熱作用、放熱作用が正規（定格）の状態もしくはそれに近い状態で行え、冷却効率維持の阻害を低減することができる。

請求項８に記載の発明は、前記サーモモジュールを、インバータ装置よりも上方に位置させたもので、かかる構成とすることにより、前記サーモモジュールによって冷却されたケースカバー内の空気が下降する対流を生じる条件にある場合は、前記インバータ制御装置と前記空気との熱伝達が促進され、前記インバータ制御装置の温度上昇の抑制を行うことができる。

請求項９に記載の発明は、前記ケースカバーに、該ケースカバーの内外を連通する換気手段を設けたもので、かかる構成とすることにより、前記ケースカバー内における熱のこもりが防止でき、インバータ制御装置を効率よく冷却することができる。

請求項１０に記載の発明は、前記換気手段を、少なくとも前記ケースカバーに設けた吸気口と排気口および前記ケースカバー内空間より構成したものである。

かかる構成とすることにより、ケースカバー内で空気の流れが形成でき、ケースカバー内における熱のこもりが抑制できるものである。

請求項１１に記載の発明は、前記給気口と排気口の少なくとも一方を、前記サーモモジュールよりも高い位置に設けたもので、かかる構成とすることにより、温度が高い暖気の排気が高所から行え、ケースカバー内における高温の空気の逃げが円滑となり、また比較的低温の冷却空気は下方に対流し易く、ケースカバー内の冷却作用を効率よく行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動圧縮機の一部を切り欠いた正面図である。本実施の形態１においては、電動圧縮機１のケーシングの周りに設けた取付け脚２によって横向きに設置される横型の電動圧縮機の場合を一つの例として示している。図２は、同実施の形態の電動圧縮機におけるインバータ制御装置とサーモモジュールの取付け部の断面を示す斜視図である。

同図において、電動圧縮機１は、一端が開口する有底円筒状に形成され、外周の適宜箇所に取付け脚２を複数設けた金属製のケーシング本体３と、そのケーシング本体３内に組込まれた固定子と回転子を具備する電動機（ＤＣブラシレスモータ）４と、ケーシング本体３内に嵌入または圧入された圧縮機構部５を主要構成とし、電動機４の回転軸６は、圧縮機構部５の駆動軸を構成している。

そして、ケーシング本体３における圧縮機構部５側の開口端部は、アルミダイキャスト等の金属製のインバータケース７によって閉塞され、ケーシング本体３内を密封状態としている。

電動機４は、インバータケース７に組込まれたインバータ制御装置（以下、インバータと称す）８によって駆動およびその回転数が制御される。この電動圧縮機１において、取り扱う冷媒はガス冷媒であり、各摺動部の潤滑や圧縮機構部５における摺動部のシール、潤滑に供する液としては潤滑油を採用している。

本実施の形態１における電動圧縮機１の圧縮機構部５は、スクロール方式のもので、周知の構成であり、圧縮機構部５に形成された圧縮空間９の容積変化により、外部サイクルから帰還する吸入冷媒（戻り冷媒）１０を、インバータケース７に設けた吸入口１１より圧縮機構部５の吸入側へ吸入し、前述の如く圧縮空間９で圧縮した後、圧縮空間９の略中央に位置する吐出孔１２より後述する吐出室１２ａおよび通路１２ｂを介してケーシング本体３内へ吐出し、ケーシング本体３に設けた吐出口１３より熱交換器等を接続した外部サイクル（図示せず）へ吐出する。

上記圧縮機構部５および電動機４のケーシング本体３内への組み込み構成は、周知の構成でよいため、その詳細な説明は省略する。

一方、ケーシング本体３の開口側にＯリング等のシール部材１４を介して密封性よく嵌合されたインバータケース７は、ボルト締め等の適宜手段（図示せず）にてケーシング本体３に固定されている。

また、インバータケース７においては、その内面に設けた隔壁７ａとその先端に設けたＯリング等のシール部材１５により、圧縮機構部５（固定スクロールの固定鏡板）と気密的に組合せ、吸入口１１から圧縮機構部５の吸入側に通じる密閉空間を構成して吸入通路１６を形成している。

さらに、吸入通路１６空間の一部には、隔壁１７を介して圧縮機構部５の吐出孔１２と連通した吐出室１２ａが位置している。

インバータ８は、インバータケース７の端部壁７ｂにおいて、吸入通路１６の反対面（外側）に配置され、印刷配線基板（以下、回路基板と称す）１８と電解コンデンサ（図示せず）等の電子部品を備えて構成される。

さらに詳述すると、図２に示す如く回路基板１８には、発熱度の高いスイッチング素子を含む周知のＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）１８ａおよびマイクロコンピュータを主体とする制御回路部１８ｂ等が配置され、さらにＩＰＭ１８ａの発熱部には、ヒートシンク等の如く伝熱面を構成する伝熱面部材１９が一体化して設けられている。さらに、回路基板１８を、インバータケース７の適宜箇所に設けたボス部７ｃにボルト２１で固定することにより、ＩＰＭ１８ａの伝熱面部材１９が、端部壁７ｂに熱伝導あるいは熱伝達可能に密着している。必要であれば、伝熱面部材１９と端部壁７ｂとの密着面を、熱良導性の熱伝導グリース等を介して密着させることにより、熱抵抗を低減させて熱伝導効率を高めることもできる。

また、回路基板１８には、電動機４の制御回路に加えて後述するサーモモジュール２０の通電を制御する回路部２０ａを具備したモジュール制御基板２０ｂも並設されている。このモジュール制御基板２０ｂは、回路基板１８と同様に、インバータケース７の適宜箇所に形成したボス部（図示せず）にボルト締めされている。

回路基板１８に搭載されている制御回路部１８ｂおよびモジュール制御基板２０ｂ等は、電動圧縮機１の設置される環境に合わせて、耐熱仕様とされる場合もある。

インバータケース７の端部壁７ｂには、インバータ８の伝熱面部材１９が当接しており、端部壁７ｂは、インバータ８における例えばヒートシンクの機能を果たすような伝熱促進部材を兼ねている。また、端部壁７ｂにおける伝熱面部材１９が当接する箇所は、端部壁７ｂの肉厚で形成されており、インバータ８における伝熱面部材１９との密着位置を定義するために称しているもので、特に熱容量を大きくするために肉厚を厚くする等の加工は施していないが、必要に応じてその肉厚を設定することもできる。

さらに、インバータケース７には、インバータ８および回路基板１８等を閉塞するケースカバー２２が、ボルト２３によって取付けられている。このケースカバー２２は、インバータケース７と同様にアルミダイキャスト等の金属製であり、埃あるいは雨水等がインバータ８あるいは回路基板１８等へ影響しないように防塵・防水構造を形成するものである。

そして、ケースカバー２２は、インバータケース７との当接面（開口周縁）に断熱材２２ａを具備しており、ケースカバー２２とインバータケース７側間における熱の移動を抑制している。この断熱材２２ａは、アクリル系樹脂、フッ素ゴム、フッ素系樹脂等のいずれかを成分とするシール材あるいはプラスチックゴム等の如く断熱性の他にシール機能、さらには耐熱性を備えているものが好ましい。具体的な材料は周知の範囲で選択することができる。

ケースカバー２２の外面には、インバータケース７とともに形成された内部空間２４を冷却するサーモモジュール２０が取付けられている。このサーモモジュール２０は、周知の如く、ペルチェ素子あるいはペルチェモジュールとも称され、例えば、セラミック材等の電気絶縁体（熱伝導材料を混入した材料も含む）から形成される電気絶縁体の基板上に、複数の電極を配置し、その電極上に電流が直列に流れるように複数の熱電素子を配置したもので、通電によるペルチェ効果により、一方の面で発熱し、他方の面で吸熱を行うものである。なお、ここでの「冷却」は、内部空間２４の温度を低下することの他に、内部空間２４の温度上昇を抑制することも意味するものとして説明する。

ケースカバー２２には、インバータケース７側へ突出した凹部２９が形成されており、サーモモジュール２０は、その凹部２９内に配置され、その吸熱面が凹部２９の平面部（本実施の形態においては、凹部２９の底面）に密着して取付けられ、放熱面が外部空間に面している。

そして、サーモモジュール２０の放熱面には、放熱作用を促進する伝熱促進手段が設けられている。本実施の形態１においては、前記放熱面側の伝熱促進手段としてアルミ金属等からなり、放熱作用を促進するヒートシンク２５を用いている。また、ヒートシンク２５には、表面積を増大するフィン２５ａが設けられている。これにより、サーモモジュール２０における放熱能力を高め、放熱面温度と吸熱面温度の温度差を小さくしてサーモモジュール２０の吸熱能力を向上させている。

そして、サーモモジュール２０およびヒートシンク２５は、ケースカバー２２の外面にネジ止め等の適宜手段にて取付けられた固定具２６により、弾性体２７を介して固定されている。

したがって、サーモモジュール２０およびヒートシンク２５は、弾性体２７の付勢力により、ケースカバー２２の底面に押付けられた状態で固定されている。かかる構成において、サーモモジュール２０とケースカバー２２、ヒートシンク２５の各密着面を、熱良導性の熱伝導グリース等を介して密着させることにより、熱抵抗を低減し、さらに熱伝導効率を高めることができる。

上述の如く、サーモモジュール２０の押付け固定を勘案すれば、弾性体２７は、点で押付けるものではなく、面で押付ける形状、例えば、ヒートシンク２５の周縁形状に沿った形状でヒートシンク２５の周縁を押え付けるコイル状のばね材、あるいはヒートシンク２５の周縁を押え付ける如く波板状に形成された環状のバネ材さらには、耐熱性を有し、サーモモジュール２０の外周縁を押え付けるゴム成分を主体とする弾性材等が好ましい。

かかる弾性体２７によるサーモモジュール２０の押付け固定は、例えば車両用エアコンとして搭載される電動圧縮機の場合、車両からの振動、あるいはエンジンからの振動等を弾性体２７によって吸収することができ、その結果、サーモモジュール２０において、振動衝撃による電極と熱電素子の剥離、あるいはセラミック材等の電気絶縁体基板の振動衝撃による破損を防止する対策としては有用な取付け構造である。

さらに、サーモモジュール２０における側面と凹部２９の側面の間には断熱層を形成する断熱空間２８が設けられており、この断熱空間２８により、サーモモジュール２０における放熱面側の熱が凹部２９の側面を伝って直接吸熱面側へリークすることが規制（抑制）され、サーモモジュール２０を、定格通りあるいはそれに近づくように運転することができる。

さらに、断熱空間２８は、サーモモジュール２０を凹部２９内へ配置する場合の位置決め治具挿入スペースとして利用することもできる。また、前記断熱層は、断熱空間２８に限るものではなく、直接の熱移動を規制する材料、構成であればよいもので、耐熱性の断熱材を断熱空間２８に設けることにより、一層高い熱リークの規制効果が期待できる。この場合、前記断熱材によってサーモモジュール２０の側面を囲む如く構成し、その一部に断熱材を介してサーモモジュール２０を挟持する治具のスペースを設けることにより、前記断熱材をスペーサとしてサーモモジュール２０を凹部２９内に位置決め配置することもできる。

このように、断熱空間２８の形成は、サーモモジュール２０の位置決め作業にも利用することができるもので、作業性の向上が期待できるものである。

また、サーモモジュール２０は、ケースカバー２２の略中央であって、インバータ８よりも高所に位置させているため、吸熱面からの冷却熱（冷却空気）が下降してインバータ８を冷却するように作用させることができる。

さらに、図１に示す如く、サーモモジュール２０とインバータ８が、投影方向（圧縮機の軸方向）で一部重合する配置関係とすることにより、サーモモジュール２０からの輻射冷却によってインバータ８の温度上昇を抑制することができる。

特に、サーモモジュール２０を内部空間２４に突出する凹部２９へ配置したことにより、インバータ８との対面距離Ｓが短くなり、かつその吸熱面が部分的ではあるがインバータ８に対面しているため、前述の冷熱輻射が作用し、回路基板１８の部品あるいはインバータ８の温度上昇を抑制することができる。

ここで、インバータ８の伝熱面部材１９と端部壁７ｂの密着および、サーモモジュール２０の放熱面とケースカバー２２の密着は、以降で説明する作用効果が期待できる程度の熱伝導が行える関係を定義しており、極微小の空隙を介在した熱伝達作用の場合も相当するもので、以降の説明においては、前述の極微小の空隙を介在した熱伝達作用も含めて熱伝導と称して説明する。

さらに、ケースカバー２２には、内部空間２４と外部を連通する吸気口３０と排気口３１がそれぞれ異なる位置に設けられ、内部空間２４を含めてケースカバー２２内の換気通路を形成している。ここで、吸気口３０と、該吸気口３０よりも高位に位置する排気口３１は、温度が低い冷気は下降し、温度が高い熱気は上昇する特性から一義的に定義しているもので、例えば、強風が電動圧縮機１に吹き付ける等の如く電動圧縮機１における周囲の環境の変化あるいはケースカバー２２内外の圧力差等によっては、吸気と排気が逆に行われる場合もある。また、必要に応じて吸気口３０と排気口３１に、空気の透過を許容し、水分の透過を拒否する周知の膜体を設けてもよい。

さらに、インバータケース７には、隔壁７ａを挟み吸入通路１６と並んで位置する接続室３２が設けられており、この接続室３２には、電動機４に接続された雄型の接続部（圧縮機ターミナル）３３が設けられている。接続部３３は、回路基板１８に固定され、インバータ８に接続された雌型の接続部３３ａと接続されている。したがって、インバータ８と電動機４は、接続部３３、３３ａを介して電気的に接続されている。

また、接続部３３、３３ａは、回路基板１８のインバータケース７への固定状態においてその位置が合致するように設定されている。その結果、回路基板１８のインバータケース７への固定作業と同時に接続部３３、３３ａの接続が行え、組立作業性の向上をはかることができる。かかる接続は、必要に応じて接続部３３ａをリード線（図示せず）を介して回路基板１８に接続した構成としてもよい。

インバータ８による電動機４の駆動（回転）制御は、周知の如く空調室温度、冷媒温度等の負荷を検出手段（図示せず）にてモニタし、その結果に基づく負荷信号、制御信号によって、所定の周波数で電動機４の回転を制御するものである。具体的な電動機４の制御内容は、本発明の要旨と直接関係しないため、ここでの説明は省略する。

次に、上記構成からなる電動圧縮機１の動作およびインバータ８の冷却動作について説明する。

インバータ８の起動制御によって電動機４が回転すると、これに伴って回転軸（駆動軸）６も回転し、回転軸６を介して圧縮機構部５が駆動される。

したがって、圧縮機構部５は、インバータケース７に設けた吸入口１１を通じて周知の構成からなる冷凍サイクル（図示せず）からの帰還冷媒である吸入冷媒１０を吸入する。

吸入口１１からケーシング本体３内へ流入した低温の吸入冷媒１０は、吸入冷媒通路１６の空間において端部壁７ｂを冷却し、さらには端部壁７ｂに密着したインバータ８の伝熱面部材（発熱部）１９とも熱交換し、この伝熱面部材１９を冷却すると共に、圧縮機構部５の通路穴（図示せず）を介して圧縮空間９に流入する。

圧縮空間９に流入した冷媒は、圧縮機構部５の円軌道運動に伴う圧縮空間９の容積縮小運動によって圧縮され、最終の圧縮空間に連通する吐出孔１２から吐出室１２ａへ吐出される。そして、吐出室１２ａから圧縮機構部５の外周部に設けられた通路１２ｂを通って電動機４側に入り、電動機４を冷却しながらケーシング本体３の吐出口１３から吐出され、冷凍サイクルへと流れる。

上記冷媒の流れを連続することにより、インバータ８は、連続した電動機４の回転制御に伴い発熱部から発熱するが、前述の如く吸入冷媒１０による端部壁７ｂでの熱交換によって伝熱面部材１９を介して冷却されるため、その温度上昇は抑制される。

さらに、インバータ８の発熱によるケースカバー２２の内部空間２４の空気は、排気口３１が上方に設けられているため、ケースカバー２２外の温度よりも高い場合は、その自然対流によって図１の矢印で示す如く排気口３１から排出され、これに続いて外部の空気が、吸気口３０から内部空間２４内へ流入し、これらの流れによって内部空間２４内での熱気のこもりが抑制される。

インバータ８の温度上昇の抑制は、電動圧縮機１の所定範囲の回転領域では一定の効果が期待できるものの、低回転領域において冷媒循環量が減少した場合、あるいは冷凍サイクル負荷の変動で吸入冷媒１０の温度が上昇した場合、さらには電動圧縮機１が停止した直後等の場合には、前述の端部壁７ｂでの冷却作用のみでは効果が期待できなくなり、インバータ８が必要以上に高温となる場合がある。

特に、電動圧縮機１が車両用として用いられた場合であれば、車両停止直後のエンジンからの高輻射熱によって圧縮機が１００℃以上の温度に晒される場合もある。

かかる高温によるインバータ８の加熱は、関係部品の劣化を加速するため、本実施の形態１においては、ケースカバー２２における内部空間２４の温度を速やかに低下させる必要があり、また、内部空間２４の温度がかかる高温に至らないように制御することも必要である。

本実施の形態１においては、サーモモジュール２０を通電制御することにより、その吸熱面およびケースカバー２２で内部空間２４の温度を吸収し、発熱面でヒートシンク２５を介して電動圧縮機１の外部へ放熱を行い、ケースカバー２２の内部空間２４の温度上昇を抑制するものである。

すなわち、周知の如くサーモモジュール２０は、通電量（電流量）に比例して吸熱量、発熱量が制御できるもので、前記通電量を最適値に制御することにより、インバータ８の温度上昇を、端部壁７ｂを介しての吸入冷媒温度による冷却に加え、サーモモジュール２０による内部空間２４の冷却作用との組合せによって抑制できるものである。

換言すると、本実施の形態１によるインバータ８の冷却は、インバータ８を設置している環境（内部空間２４）の温度を制御しているため、インバータ８を直接冷却する構成と比較して、インバータ８の制御回路を構成する回路基板１８の回路部品を冷却し、インバータ部品の熱による劣化（劣化の加速）を抑制することができるものである。

さらに、ケースカバー２２によってサーモモジュール２０、インバータ８および回路基板１８等の防塵・防水構造が得られ、また、サーモモジュール２０の吸熱面を、ケースカバー２２の凹部２９に密着して装着したことにより、ケースカバー２２を吸熱面のヒートシンク等の如く伝熱面の拡大と伝熱の促進手段として機能させることができ、部品数の削減、部品材料の少量化が可能となる。また、これにより、ケースカバー２２を挟んで吸熱面と放熱面の温度差を小さくしてサーモモジュール２０を高い効率で運転することができる。

また、ケースカバー２２とインバータケース７の接合部についても断熱材２２ａを設けているため、ケースカバー２２側とインバータケース７側間での熱の移動を抑制することができる。その結果、内部空間２４内における熱負荷（環境）の変化を抑制することができる。これは、サーモモジュール２０の能力設定と、インバータ８の冷却（温度上昇の抑制を含む）に必要な能力設定が行え易くなることにつながり、インバータ８を効率よく冷却することができる。その結果、インバータ部品の熱による劣化が抑制できるものである。

特に、ヒートシンク２５は、その外表面に放熱フィン２５ａを複数設け、放熱能力を向上させているため、サーモモジュール２０の熱変換効率動作を高め、安定させることができる。

また、サーモモジュール２０は、インバータ８と投影面上において重合しているため、ケースカバー２２を介しての輻射冷却もインバータ８の冷却作用（温度上昇の抑制）を助成する。

特に、ケースカバー２２に形成した凹部２９への装着により、内部空間２４へ突出した構成となり、これは、サーモモジュール２０とインバータ８の距離Ｓを縮めることとなり、前記輻射冷却作用がより強くインバータ８に作用し、また、凹部２９の形成によって内部空間２４の容積も減少でき、このことは、サーモモジュール２０が冷却する負荷の軽減につながり、冷却効果を一層向上することができるものである。

さらに、ケースカバー２２に吸気口３０と排気口３１を設けているため、特に、内部空間２４の温度がケース外の温度より高い場合は、冷気と暖気の自然対流を利用してケースカバー２２内での熱のこもりが抑制でき、しかも、排気口３１を吸気口３０よりも高い位置に設けているため、図１の矢印で示す如く冷気と暖気の自然対流による給排気が行え易く、換気効率の向上が期待でき、また吸気口３０も最下部ではなく中間位置に設けたことによって冷気の逃げが抑制でき、かつ換気作用が期待できる。また、サーモモジュール２０の吸熱面からの冷気は、インバータ８を包むように下降して冷却作用を行うため、インバータ８の冷却作用を助成することができる。

また、サーモモジュール２０は、弾性体２７の付勢力によってケースカバー２２に押付けられ、固定される構成であるため、ケースカバー２２の熱膨張、熱収縮に追従して密着が維持され、サーモモジュール２０の熱移動作用が継続して行え、安定したケースカバー２２の内部空間２４の冷却が行えるものである。

特に、弾性体２７の付勢力によるサーモモジュール２０の固定は、熱応力等の衝撃に限らず、振動等に対しても有効であり、したがって、電動圧縮機１が車両に搭載される場合であっても適用できるもので、振動衝撃による電極と熱電素子の剥離、あるいはセラミック材等の電気絶縁体基板の振動衝撃による破損を防止することができる。

さらに、サーモモジュール２０の側面周囲と凹部２９の側面との間に、サーモモジュール２０における放熱部の熱が吸熱部側へ直接リークする所謂熱伝導の短絡がないように断熱空間２８を設けているため、サーモモジュール２０を正規の（定格通りの）もしくはそれに近い動作状態で運転することができ、冷却効率維持の阻害を低減することができるものである。

この場合、弾性体２７も耐熱性ゴムの如く耐熱性・断熱性を有する周知の材料より形成すれば、一層熱の移動が規制でき、よりサーモモジュール２０の運転効率を高めることが期待できるものである。

ここで、断熱空間２８に代えて、サーモモジュール２０の側面周囲と凹部２９の側面の間に、断熱材を配置する構成とすることも可能である。かかる構成の場合は、前記断熱材により、圧縮機の振動等に起因するサーモモジュール２０の移動の抑制効果が期待できる。

また、サーモモジュール２０の制御コントロール部であるモジュール制御基板２０ｂは、ケースカバー２２内において、電動機４駆動用の回路基板１８に並設されており、制御に必要な電動機４の回転信号や通電用の電源等が回路基板１８と共用されている。そのため、回路構成の簡略化が図れ、さらに電気回路系統の組込みが同一方向から一括して行え、組立て作業性の向上をはかることができるものである。

このように、本実施の形態１によれば、従来のインバータ内蔵式の電動圧縮機１において、サーモモジュール２０という小型軽量部品の追加によって、電動圧縮機１のサイズ、重量を略維持したままでインバータ８の補助冷却が可能となり、また、電動圧縮機１を車載用とした場合であっても、車両への装着性を損なうこともない。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２によるインバータケースとサーモモジュールの異なる固定構造を具備した電動圧縮機におけるケースカバーの断面図である。

したがって、ここでは先の実施の形態１と異なる部分についてのみ説明し、実施の形態１と同一の構成要件については同一の符号を付し、また、同一の作用等については説明を省略する。

同図において、先の実施の形態１と大きく相違する点は、サーモモジュール２０を固定する凹部２９において断熱層である断熱空間２８を、サーモモジュール２０の放熱面に設けたヒートシンク２５と固定具２６の間にも形成した点である。

かかる構成により、ヒートシンク２５の放熱作用がケースカバー２２（サーモモジュール２０の吸熱面側）に及ぶことを極力抑制し、その結果、サーモモジュール２２は、先の実施の形態１よりも一層正規の（定格通りの）もしくはそれに近い吸熱作用と放熱作用が行えるようになり、運転効率を高めることができる。

この場合、弾性体２７も断熱性を有する材料より形成すれば、一層熱の移動が規制でき、よりサーモモジュール２０の運転効率を高めることが期待できるものである。

また、先の実施の形態１で説明したように、断熱空間２８に断熱材料を配置する構成とすることも可能である。

なお、上記実施の形態１、２においては、横向き設置型の圧縮機の場合について説明したが、縦向き設置型の圧縮機、あるいは吸入冷媒によってインバータ８を冷却する構成を具備していない圧縮機についても同様に実施が可能であり、さらにこれらの場合において、サーモモジュール２０の取付け、ケースカバー２２の形状、構造等の細部において種々の変更が可能であるが、かかる構造においても本発明を逸脱するものではない。

本発明にかかる電動圧縮機は、従来のインバータ装置内蔵の電動圧縮機と比較してインバータ装置を収納する空間の冷却手段を設けたことにより、電子部品の信頼性を向上でき、また、前記冷却手段の組立て作業性も容易であり、居室用の冷凍空調システムに限らず、ハイブリッド車等の環境車両、さらには一般車両等にも適用でき、その他冷蔵庫等の如く物品貯蔵用の冷凍システム等にも幅広く適用できる。

本発明の実施の形態１における電動圧縮機の一部を切り欠いた正面図 同実施の形態１における電動圧縮機のインバータ制御装置とサーモモジュールの取付け部の断面斜視図 本発明の実施の形態２における電動圧縮機のケースカバーの縦断面図 従来例を示す電動圧縮機の縦断面図

符号の説明

１ 電動圧縮機
３ ケーシング本体
４ 電動機
５ 圧縮機構部
７ 蓋体
７ｂ 端部壁
８ インバータ（インバータ制御装置）
１６ 吸入通路
１８ 回路基板
１９ 伝熱面部材（発熱部）
２０ サーモモジュール
２２ インバータケース
２２ａ 断熱材
２４ 内部空間
２５ ヒートシンク（伝熱促進手段）
２５ａ 放熱フィン（放熱手段）
２６ 固定具
２７ 弾性体
２８ 断熱空間（断熱層）
２９ 凹部
３０ 吸気口
３１ 排気口

Claims (11)

1. 冷媒の吸入、圧縮および吐出を行う圧縮機構部と前記圧縮機構部を駆動する電動機を内蔵したケーシングと、熱伝導性材料で形成され、前記ケーシングの開口を閉塞するインバータケースと、前記インバータケースに内蔵され、前記電動機を駆動するインバータ制御装置と、前記インバータケースを閉塞するケースカバーを具備し、前記インバータ制御装置の発熱部の冷却手段として吸入冷媒と熱交換するようにした電動圧縮機において、放熱面と吸熱面を具備し、前記ケースカバーを冷却するサーモモジュールを設けた電動圧縮機。
2. 前記インバータケースによるケーシングの閉塞に伴い、インバータケースの裏面に前記圧縮機構部における吸入冷媒の通路を形成し、前記インバータ制御装置の発熱部を、前記吸入冷媒で冷却されるインバータケースの面に熱伝導あるいは熱伝達可能に取付けた請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記ケースカバーを熱伝導性材料より形成し、前記サーモモジュールの吸熱面を前記ケースカバーの外面に熱伝導あるいは熱伝達可能に密着させた請求項１または２に記載の電動圧縮機。
4. 前記サーモモジュールの放熱面に、放熱手段を具備する伝熱促進手段を設けた請求項１から３のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
5. 前記ケースカバーに、前記サーモモジュールを前記ケースカバーと密着する方向へ付勢する弾性体を設けた請求項３または４に記載の電動圧縮機。
6. 前記ケースカバーに、前記サーモモジュールの放熱面側に設けられた弾性体を介して、前記サーモモジュールを前記インバータケース外面に固定する固定具を設け、前記固定具と前記サーモモジュール側部との間の少なくとも一部に、断熱層を設けた請求項５に記載の電動圧縮機。
7. 前記ケースカバーに前記インバータケース側へ突出する凹部を設け、前記サーモモジュールを前記凹部内に配置し、さらに前記凹部周壁の少なくとも一部と前記サーモモジュール側部との間に、断熱層を形成した請求項３から６のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
8. 前記サーモモジュールを、インバータ装置よりも上方に位置させた請求項１から７のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
9. 前記ケースカバーに、該ケースカバー内外を連通する換気手段を設けた請求項１から８のいずれか一項に記載の電動圧縮機。
10. 前記換気手段を、少なくとも前記ケースカバーに設けた吸気口と排気口および前記ケースカバー内空間より構成した請求項９に記載の電動圧縮機。
11. 前記給気口と排気口の少なくとも一方を、前記サーモモジュールよりも高い位置に設けた請求項１０に記載の電動圧縮機。