JP5522009B2

JP5522009B2 - 電動圧縮機

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Publication number: JP5522009B2
Application number: JP2010269514A
Authority: JP
Inventors: 雄介木下; 慎吾江波; 健水藤
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: JP2012117479A; CN102536738B; US8939739B2; US20120141307A1; CN102536738A; EP2461039B1; EP2461039A1

Description

本発明は、圧縮機構と、圧縮機構を駆動させる電動モータと、電動モータを制御する駆動回路と、を備える電動圧縮機に関する。

この種の電動圧縮機において、駆動回路は金属材料製のハウジング内に収納されるとともに、この駆動回路には、外部電源としての車両バッテリと電気的に接続される接続コネクタが設けられている。そして、接続コネクタを介して回路基板上の電気部品に電力が供給されるようになっている。また、回路基板には、電動モータ駆動用のインバータ回路、インバータ回路をスイッチング制御するためのスイッチング素子、スイッチング素子の瞬間的な過度電流からの保護や、ノイズ除去のためのフィルタ素子（コイルとコンデンサ）が設けられている。

しかし、駆動回路の回路基板には、上述のように多数の回路、電気部品が実装されている。また、フィルタ素子のコイル及びコンデンサの体格が大きいことから、振動対策として接着剤やボルト固定等の補助機能を持たせた部品も回路基板に搭載されており、回路基板が大型化してしまっていた。

そこで、回路基板の小型化を可能にしたものとして、例えば、特許文献１の車載用電気回路ユニットがある。この車載用電気回路ユニットは、電動コンプレッサ（電動圧縮機）に搭載されるとともに、その回路基板及び電気素子が、アッパーケースとロアケースとからなるハウジングに収納されている。アッパーケースには、外部電源に電気的に接続される電源入力端子（接続コネクタ）が固定されるとともに、この電源入力端子には、コイル及びコンデンサ（フィルタ素子）と、インバータ制御基板（回路基板）とが、バスバーを介して接続されている。

この車載用電気回路ユニットにおいて、コイルは固定部材を用いてアッパーケースの上面に固定され、コンデンサは固定部材を用いてアッパーケースの側面に固定されている。このため、コイル及びコンデンサをインバータ制御基板の同一実装面上に実装する場合と比べると、インバータ制御基板における実装面を小さくすることができ、インバータ制御基板が小型化される。

特開２００７−３０９１２５号公報

ところが、特許文献１の車載用電気回路ユニットが搭載された電動コンプレッサでは、コイル及びコンデンサが、アッパーケースの内壁面に押し付けられるようにしてアッパーケース（ハウジング）に固定されている。このため、外部から与えられる振動によって、コンデンサ及びコイル（フィルタ素子）の被膜が摩耗する等してしまった場合、それらコンデンサ及びコイルが接触しているハウジングの電気的絶縁性が確保できない虞がある。

本発明は、回路基板を小型化することができるとともに、ハウジングの電気的絶縁性を確保することができる電動圧縮機を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、圧縮機構と、該圧縮機構を駆動させる電動モータと、該電動モータを制御する駆動回路とが金属材料製のハウジングに収納された電動圧縮機であって、前記ハウジングは、インバータカバーを有し、前記駆動回路は、外部電源に電気的に接続される接続端子を有して前記インバータカバーに設けられる絶縁材料製の接続コネクタと、前記接続端子と電気的に接続される回路基板と、該回路基板と電気的に接続されるコイル及びコンデンサとを有し、前記コイル及びコンデンサが前記ハウジングに対し非接触となるように前記コイル及びコンデンサを前記接続コネクタと一体に型成形し、前記コイル及びコンデンサを前記インバータカバーに沿って配置したことを要旨とする。

これによれば、接続コネクタにより、コイル及びコンデンサを金属材料製のハウジングに対し非接触にすることができ、ハウジングの電気的絶縁性を確保することができる。また、コイル及びコンデンサは、接続コネクタと一体に型成形されているため、回路基板の同一実装面上にフィルタ素子を実装する場合と比べると、回路基板を小型化することができる。

また、コイル及びコンデンサが、接続コネクタと一体に型成形されることにより、コイル及びコンデンサは接続コネクタ内に埋設され、コイル及びコンデンサとハウジングの間には接続コネクタが介在する。このため、外部から与えられる振動によって、コイル及びコンデンサが損傷を受けることを防止することができる。

また、前記電動モータには導通部材が電気的に接続されるとともに、前記導通部材は前記ハウジングを貫通し、前記回路基板には基板側コネクタが電気的に接続されるとともに、該基板側コネクタは前記ハウジング内に配置され、前記電動モータと前記回路基板とは、前記導通部材と前記基板側コネクタとを接続することで電気的に接続されており、前記基板側コネクタが前記接続コネクタに一体化されていてもよい。

これによれば、ハウジングに収納される部材のほとんどを一体化することができ、駆動回路のハウジングへの組付け性を向上させることができる。

本発明によれば、回路基板を小型化することができるとともに、ハウジングの電気的絶縁性を確保することができる。

（ａ）は第１の実施形態の電動圧縮機を示す部分破断断面図、（ｂ）はインバータユニットを示す拡大断面図。第２の実施形態のインバータユニットを示す拡大断面図。第３の実施形態のインバータユニットを示す拡大断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、電動圧縮機１０のアルミニウム製のハウジングＨは、有蓋筒状をなす第１ハウジング１１（図１の左側）の開口端に、有底筒状をなす第２ハウジング１２（図１の右側）の開口端を接合するとともに、第２ハウジング１２の底壁１２ａ側（図１に左側）に有底箱状のインバータカバー２０を接合して形成されている。また、ハウジングＨ内において、第２ハウジング１２の底壁１２ａ側には電動モータ１６が収容されるとともに、第１ハウジング１１側（図１では左側）には圧縮機構１５が収容されている。

なお、電動モータ１６のステータ１８は、第２ハウジング１２の内周面に固定されるとともに、このステータ１８はステータコア１８ａにモータ用コイル１８ｂが巻装されて形成されている。また、ハウジングＨ内には、回転軸１７が軸受（図示せず）により回転可能に支持されるとともに、この回転軸１７には電動モータ１６のロータ１９が、回転軸１７と一体回転可能に固定されている。そして、電動モータ１６の駆動に伴う回転軸１７の回転により、圧縮機構１５が駆動されるようになっている。

第２ハウジング１２の底壁１２ａ外面の周縁からは、環状の周壁１２ｃが立設されるとともに、この周壁１２ｃの開口端に、インバータカバー２０の開口端が接合されている。そして、ハウジングＨにおいて、底壁１２ａと、周壁１２ｃと、インバータカバー２０によって区画される空間によって、収納空間２１が区画されている。この収納空間２１には、駆動回路としてのインバータユニット２２が収納されている。なお、インバータカバー２０には、収納空間２１を外部に開放する電源入力ポート２０ａが形成されている。

図１（ｂ）に示すように、底壁１２ａには板状の奪熱部材２３が接合されるとともに、この奪熱部材２３にはインバータユニット２２が取り付けられている。奪熱部材２３は、熱伝導率の高いアルミニウムにより板状に形成されるとともに、底壁１２ａと熱的に結合されている。インバータユニット２２の回路基板２５は、奪熱部材２３に固定された基板支持部材２４によって奪熱部材２３から離間した状態で奪熱部材２３に支持されている。なお、インバータユニット２２は、回転軸１７の中心軸Ｌの延びる方向（軸方向）に回路基板２５の実装面が直交するように電動圧縮機１０に配設されている。よって、本実施形態では、回転軸１７の軸方向に沿って、圧縮機構１５、電動モータ１６、及びインバータユニット２２がこの順序で並設されている。

回路基板２５には、電動モータ１６の駆動制御回路（所謂、インバータ回路、図示せず）が設けられるとともに、スイッチング素子（図示せず）、フィルタ素子としてのフィルタ用コイル２７、及びコンデンサ２８が電気的に接続されている。コンデンサ２８は、回路基板２５に実装されるととともに、奪熱部材２３に接触するように配置されている。コンデンサ２８はハウジングＨである底壁１２ａ、周壁１２ｃ、及びインバータカバー２０それぞれに対して非接触で回路基板２５に実装されている。

また、回路基板２５には、樹脂材料（絶縁材料）製の接続コネクタ４０が一体に取り付けられるとともに、この接続コネクタ４０には、外部電源（車両バッテリ）と電気的に接続される接続端子４１が設けられている。接続コネクタ４０は、接続部材４３を介して回路基板２５の電源入力部（図示せず）に電気的に接続されている。

インバータユニット２２において、フィルタ用コイル２７は、接続コネクタ４０における接続端子４１より内部側に形成されたコイル保持部４２内に保持されている。フィルタ用コイル２７は、接続コネクタ４０製造用の型枠（図示せず）内にフィルタ用コイル２７を収納した状態で、その型枠内に溶融樹脂を流し込み、硬化させることで、コイル保持部４２に埋設されている。よって、本実施形態において、接続コネクタ４０は、型成形によりフィルタ用コイル２７と一体化された樹脂モールドである。

フィルタ用コイル２７は、接続コネクタ４０の端子保持部４４に内蔵されたバスバーを介して回路基板２５及び接続端子４１に電気的に接続されている。上記接続コネクタ４０は、接続端子４１が電源入力ポート２０ａから収納空間２１外へ臨むように配置されるとともに、端子保持部４４がインバータカバー２０内面に当接するように配置されている。

底壁１２ａの側部（上部）には、密封端子３０が固定されるとともに、この密封端子３０により電動モータ１６のモータ用コイル１８ｂと、回路基板２５とが電気的に接続されている。密封端子３０は、モータ用コイル１８ｂに接続されたモータ側コネクタ３１と、回路基板２５に接続された基板側コネクタ３２とを導通させる導通部材３３と、この導通部材３３を底壁１２ａから絶縁しつつ底壁１２ａに固定する絶縁部材３４とを一体化して形成されている。なお、基板側コネクタ３２は、接続部材３５により回路基板２５と電気的に接続されている。また、導通部材３３は、ハウジングＨとしての底壁１２ａを貫通している。

次に、インバータユニット２２の作用について説明する。
さて、車両バッテリから接続端子４１を介してインバータユニット２２に電力が供給されるとともに、駆動制御回路により電動モータ１６の駆動が制御されると、圧縮機構１５が駆動される。この電力供給時、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８により、スイッチング素子が、瞬間的な過度電流から保護されるとともに、外部ノイズが除去される。

また、フィルタ用コイル２７は、樹脂製の接続コネクタ４０に埋設されるとともに、コンデンサ２８は奪熱部材２３に接触した状態で回路基板２５に実装されている。このため、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８は、電動圧縮機１０のハウジングＨから絶縁される。

上記第１の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電動圧縮機１０において、フィルタ素子としてのコンデンサ２８は、ハウジングＨ（底壁１２ａ、周壁１２ｃ、及びインバータカバー２０）に対し非接触となるように回路基板２５に実装されている。また、フィルタ素子としてのフィルタ用コイル２７は、型成形により接続コネクタ４０と一体化され、接続コネクタ４０はフィルタ用コイル２７を一体化した樹脂モールドである。よって、フィルタ用コイル２７は、接続コネクタ４０に埋設され、ハウジングＨ（底壁１２ａ、周壁１２ｃ、及びインバータカバー２０）に対し非接触とされている。このため、電動圧縮機１０においては、ハウジングＨの電気的絶縁性を、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８から確保することができる。また、回路基板２５の実装面上には、コンデンサ２８のみが実装されているため、回路基板２５の同一実装面上にコンデンサ２８とフィルタ用コイル２７の両方を実装する場合と比べると、回路基板２５を小型化することができる。

（２）フィルタ用コイル２７を、型成形により接続コネクタ４０と一体化し、このフィルタ用コイル２７を、接続コネクタ４０が備える接続部材４３を介して回路基板２５と電気的に接続した。すなわち、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８のうちコンデンサ２８を回路基板２５に対し半田付けした。よって、回路基板２５に対し、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８の両方を半田付けする場合と比べると、半田付け箇所の数を減らすことができる。

（３）フィルタ素子としてのフィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８のうち、フィルタ用コイル２７を型成形により接続コネクタ４０と一体化し、接続コネクタ４０に保持させたため、接続コネクタ４０によりフィルタ用コイル２７の振動を抑制することができる。よって、フィルタ用コイル２７に対しては、振動対策として接着剤やボルト等を回路基板２５に設ける必要がなくなり、回路基板２５の小型化に寄与することができる。

（４）フィルタ素子としてのフィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８のうち、コンデンサ２８は回路基板２５に実装されるとともに、奪熱部材２３に接触支持され、フィルタ用コイル２７は接続コネクタ４０に埋設されている。このため、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８それぞれは固定部材を用いることなく位置決めされている。よって、背景技術のようにフィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８の両方を、別体の固定部材を用いて位置決めする場合と比べると、電動圧縮機１０におけるインバータユニット２２の部品点数を減らすことができる。

（５）インバータユニット２２は、電動圧縮機１０における電動モータ１６の駆動制御に用いられる。そして、フィルタ用コイル２７は、重量が比較的大きい電気部品であり、圧縮機構１５及び電動モータ１６の駆動により振動しやすい電気部品であるが、型成形により接続コネクタ４０に一体化されているため、フィルタ用コイル２７の振動を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図２にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図２に示すように、第２の実施形態の電動圧縮機１０において、接続コネクタ５０は、第１の実施形態と同様に、接続端子５１、コイル保持部５２、及び端子保持部５４が一体形成されている。そして、接続コネクタ５０には、型成形によってコンデンサ２８が一体化され、コンデンサ２８は接続コネクタ５０のコンデンサ保持部５５に保持されている。また、端子保持部５４には接続部材５３が一体化され、回路基板２５と電気的に接続されている。そして、第２の実施形態の電動圧縮機１０において、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８が、型成形により接続コネクタ５０に一体化されている。フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８は、接続コネクタ５０の端子保持部５４に内蔵されたバスバーを介して回路基板２５及び接続端子４１に電気的に接続されている。

したがって、第２の実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（６）電動圧縮機１０において、フィルタ素子としてのフィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８は、型成形により樹脂製の接続コネクタ５０に一体化され、ハウジングＨ（底壁１２ａ、周壁１２ｃ、及びインバータカバー２０）に対し非接触とされている。このため、電動圧縮機１０においては、ハウジングＨの電気的絶縁性を、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８から確保することができる。また、回路基板２５の実装面上には、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８は実装されていないため、回路基板２５の同一実装面上にコンデンサ２８とフィルタ用コイル２７の両方を実装する場合と比べると、回路基板２５を小型化することができる。

（７）フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８を、型成形により接続コネクタ５０と一体化し、このフィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８を、接続コネクタ５０が備える接続部材５３を介して回路基板２５と電気的に接続した。よって、回路基板２５に対し、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８の両方を半田付けする場合と比べると、半田付け箇所の数を減らすことができる。

（８）フィルタ素子としてのフィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８を、型成形により接続コネクタ５０と一体化した。よって、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８に対しては、振動対策として接着剤やボルト等を回路基板２５に設ける必要がなくなり、回路基板２５の小型化に寄与することができる。

（９）フィルタ素子としてのフィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８を、型成形により接続コネクタ５０と一体化した。このため、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８それぞれは固定部材を用いることなく位置決めされている。よって、背景技術のようにフィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８の両方を、別体の固定部材を用いて位置決めする場合と比べると、電動圧縮機１０におけるインバータユニット２２の部品点数を減らすことができる。

（１０）インバータユニット２２は、電動圧縮機１０における電動モータ１６の駆動制御に用いられる。そして、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８は、重量が比較的大きい電気部品であり、圧縮機構１５及び電動モータ１６の駆動により振動しやすい電気部品であるが、接続コネクタ５０に内蔵されているため、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８の振動を抑制することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態を図３にしたがって説明する。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態と同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図３に示すように、第３の実施形態の電動圧縮機１０において、接続コネクタ６０は、第１の実施形態と同様に、接続端子６１、コイル保持部６２、及び端子保持部６４が一体形成されている。また、フィルタ用コイル２７及びコンデンサ２８が、型成形により接続コネクタ６０に一体化されるとともに、コンデンサ２８はコンデンサ保持部６５に保持されている。端子保持部６４には接続部材６３が一体化され、回路基板２５と電気的に接続されている。そして、第３の実施形態の電動圧縮機１０において、インバータユニット２２には、基板側コネクタ３２が一体化されている。

従って、第３の実施形態によれば、第２の実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（１１）接続コネクタ６０には基板側コネクタ３２が一体化されている。よって、収納空間２１に収納される部材のほとんどを一体化することができ、電動圧縮機１０におけるインバータユニット２２の組付け性を向上させることができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１の実施形態において、接続コネクタ４０に基板側コネクタ３２が一体化されていてもよい。

○ フィルタ用コイル２７を、電動圧縮機１０のハウジングＨ（底壁１２ａ、周壁１２ｃ、及びインバータカバー２０）に対し、非接触で回路基板２５に実装するとともに、コンデンサ２８のみを、型成形により接続コネクタ４０，５０，６０と一体化してもよい。

○ 接続コネクタ４０，５０，６０の材質は、絶縁を確保できるのであればセラミックス等に適宜変更してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

前記接続コネクタの外郭は樹脂材料により形成されている電動圧縮機。

Ｈ…ハウジング、１０…電動圧縮機、１５…圧縮機構、１６…電動モータ、２２…駆動回路としてのインバータユニット、２５…回路基板、２７…フィルタ素子としてのフィルタ用コイル、２８…フィルタ素子としてのコンデンサ、３２…基板側コネクタ、３３…導通部材、４０、５０，６０…接続コネクタ、４１，５１，６１…接続端子。

Claims

圧縮機構と、
該圧縮機構を駆動させる電動モータと、
該電動モータを制御する駆動回路とが金属材料製のハウジングに収納された電動圧縮機であって、
前記ハウジングは、インバータカバーを有し、
前記駆動回路は、外部電源に電気的に接続される接続端子を有して前記インバータカバーに設けられる絶縁材料製の接続コネクタと、
前記接続端子と電気的に接続される回路基板と、
該回路基板と電気的に接続されるコイル及びコンデンサとを有し、
前記コイル及びコンデンサが前記ハウジングに対し非接触となるように前記コイル及びコンデンサを前記接続コネクタと一体に型成形し、前記コイル及びコンデンサを前記インバータカバーに沿って配置したことを特徴とする電動圧縮機。
前記電動モータには導通部材が電気的に接続されるとともに、前記導通部材は前記ハウジングを貫通し、前記回路基板には基板側コネクタが電気的に接続されるとともに、該基板側コネクタは前記ハウジング内に配置され、前記電動モータと前記回路基板とは、前記導通部材と前記基板側コネクタとを接続することで電気的に接続されており、前記基板側コネクタが前記接続コネクタに一体化されている請求項１に記載の電動圧縮機。